В момент запуска электродвигатель потребляет значительно больший ток, чем во время работы. Это называется пусковым током, и он может быть больше номинального в 3-8 раз, но на практике зависит от нагрузки на валу и других условий. Для маленьких машин с номинальным током в пару ампер это не столь существенно, но для мощных машин с номинальным током, например, в 50 А, пусковой достигнет уже 250-400 А.
Потребляется из сети пусковой ток недолго, при этом реальный потребляемый ток от момента запуска и по мере разгона ротора снижается до номинального. Процесс запуска и разгона занимает обычно от единиц до десятков секунд, но может быть и больше. Несмотря на это пусковой ток может нанести вред как питающей сети и её элементам, так и самому двигателю.
Поэтому существует множество технических решений по уменьшению величины потребляемого тока, например: использование асинхронных двигателей с фазным ротором, вместо короткозамкнутого, подключение статора к сети через реостаты или трансформаторы, частотные преобразователи или устройства плавного пуска, переключение схемы соединения обмоток при пуске.
В этой статье речь пойдёт о последнем способе — изменение схемы соединения обмоток со звезды на треугольник при пуске асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
Звезда и треугольник
У трёхфазных односкоростных асинхронных двигателей есть три обмотки, из которых выходит шесть выводов — начала и концы каждой обмотки. Для подключения к трёхфазной сети их можно соединить двумя способами — звездой или треугольником.
При соединении звездой питание подключается к началам обмоток, а концы обмоток соединяют друг с другом. В треугольнике соединяют начала и концы и соседних обмоток, а питание подключают к точкам их соединения.
Обмотки собираются в нужную схему при изготовлении двигателя или всё 6 концов обмоток выводятся на клеммную колодку, в борно. В последнем случае при подключении двигателя можно соединить обмотки так, как нужно для соответствия линейному напряжению сети. Так один и тот же двигатель можно использовать в сетях с разным значением линейного напряжения.
Самый распространённый вариант — это двигатель с номинальным напряжением 220/380В, где 220В номинальное линейное напряжение для двигателя с обмотками, соединёнными треугольником, а 380В - для двигателя с обмотками, соединёнными звездой.
Напряжения в схемах звезды на треугольник
При соединении обмоток звездой и подключении к сети 220/380В и при соединении треугольником и подключении к сети 127/220В, обмотки окажутся под одинаковым напряжением — 220В, что вы можете наблюдать на следующей иллюстрации.
Примечание: на момент написания статьи стандартное напряжение сети по ГОСТу 230/400 вольт. Значения 220/380 и 127/220 приведены для упрощения иллюстрации распределения напряжений и токов в обмотках, ведь сети 127/220 в настоящее время не используются или же используют, но локально и очень редко.
Получается, что при соединении обмоток по схеме треугольника линейное напряжение прикладывается к одной обмотке, а в звезде оно распределяется между двумя обмотками. Из-за особенностей трёхфазной системы напряжение относительно точки соединения обмоток звезды (нейтрали) и началом обмотки будет 220 Вольт.
Считать, что в треугольнике «напряжение меньше, а ток больше», а в звезде «напряжение больше…» не совсем верно, потому что при правильном подключении двигателя к сети с соответствующим схеме обмоток напряжением, напряжения на обмотках будут одинаковы. При этом номинальное напряжение одной обмотки соответствует линейному напряжению сети при подключении треугольником.
Какой используется двигатель
Пуск двигателя с переходом со звезды на треугольник используется для снижения пускового тока. Если это нужно реализовать в электросети с самым распространённым напряжением 230/400 В выбирают двигатель с возможностью изменения схемы соединения обмоток (6 выводов в борно) и номинальным напряжением для схемы соединения треугольником 400 В, для звезды у него будет номинальным 690 В. На шильдике таких двигателей обычно будет указано что-то типа «Y/Δ 690/400», как на примере ниже.
Двигатель запускается при соединении звездой, а работает в треугольнике. То есть во время пуска к каждой отдельной обмотке прикладывается напряжение в 1,73 раза меньше номинального, следовательно, и ток через них будет меньше, так и обеспечивается снижение пускового тока до 1/3 от пускового тока при непосредственном включении двигателя в сеть на номинальное напряжение.
Снижение пускового тока — это хорошо, но какие есть проблемы у этого способа пуска?
Как происходит переключение
В схеме с переходом со звезды на треугольник используются 3 контактора:
• 1 общий, для подачи напряжения;
• 2 для переключения схемы соединения обмоток.
С общим контактором, я думаю, всё понятно, разберёмся как переключают звезду на треугольник. Через контактор КМ2 соединяются концы обмоток накоротко, так собирается звезда. Контактор КМ3 соединяет начала и концы обмоток, как было показано на рисунке в начале статьи и так собирается треугольник.
На практике в силовой части схемы есть ещё автоматический выключатель (QF1) и общий контактор (КМ1), для защиты двигателя может использоваться тепловое реле.
Цепь управления
Цепь управления значительно интереснее силовой части. Она должна выполнять 2 основные функции:
• предотвратить одновременное включение контакторов звезды и треугольника (КМ2 и КМ3);
• обеспечить при пуске выдержку времени работы с обмотками, соединёнными звездой, после чего переключить их в треугольник.
В этой схеме блокировка одновременного включения обеспечивается нормально замкнутым контактом КМ3.1 катушки контактора КМ2 и нормально замкнутым контактом КМ2.1 катушки контактора КМ3. Это называется электрическая блокировка, аналогичное решение используется в схеме реверсивного пускателя. Общий контактор КМ1 включается сразу при нажатии кнопки пуск и удерживается через его НО-контакт (самоподхват).
В качестве КТ1 может использовать обычное универсальное реле времени или специализированное реле для переключения обмоток со звезды на треугольник. Подобные реле правильно переключают контакторы и выдерживает паузу между выключением КМ2 и включением КМ1. Пример такого реле Евроавтоматика F&F PCG-417, оно обеспечивает задержку при переключении контакторов от 75 до 150 мс, и позволяет настроить время пуска на звезде от 1 до 100 секунд.
Примечание: в зависимости от мощности и нагрузки на валу двигателя нужно разное время для разгона до номинальной скорости, соответственно понадобиться разное время работы с обмотками, соединёнными звездой.
В современных условиях пуск с переходом со звезды на треугольник используется всё реже и в основном в тех случаях, когда нужно снизить пусковые токи с меньшими затратами и относительно простой схемой. При этом всё чаще стали использовать устройства плавного пуска и частотные преобразователи.
Алексей Бартош специально для ЭТМ.
