Соединение звездой и треугольником

Основные сведения о трехфазном токе. Соединение звездой и треугольником

Переменный ток, рассмотренный ранее, называется однофазным. Трехфазным называется ток, представляющий собой совокупность трех однофазных токов, сдвинутых друг относительно друга по фазе.

Простейший генератор трехфазного тока отличается от генератора однофазного тока тем, что имеет три обмотки. При вращении либо этих обмоток в поле постоянного магнита (рис.164), либо самого магнита (рис.165) в обмотках возникают переменные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе так, что сумма трех фазных углов составляет .

Если амплитуды ЭДС равны, а сдвиг фаз между двумя любыми смежными ЭДС равен . то трехфазная система называется симметричной. В этом случае на обмотках возникают

одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе напряжения: . . .

Использование несвязанных между собой обмоток эквивалентно трем отдельным генераторам и требует для передачи электроэнергии потребителю три пары проводов.

Соединение обмоток между собой позволяет уменьшить количество проводов при передаче энергии и поэтому широко используется в технике.

При соединении обмоток звездой (рис.166) они имеют одну общую точку. Напряжение на каждой обмотке называется фазным. Проводник, соединенный с точкой общего потенциала, называется нулевым проводом. Проводники, соединенные со свободными концами обмоток, называются фазными проводами.

Фазные напряжения, в этом случае, это напряжения между фазными проводами и нулевым проводом. Напряжение между фазными проводами называется линейным. Ток, текущий через обмотки, называется фазным током, а ток текущий в линии, — током линии.

Из векторной диаграммы, при соединении звездой, следует, что . Кроме того при этом фазные токи равны токам в линии.

РИС.166 РИС.167 РИС.168 РИС.169 РИС.170

Если каждую обмотку замкнуть на одинаковую нагрузку R, то суммарная сила тока по нулевому проводу . так как из векторной диаграммы .

Соединение обмоток генератора звездой позволяет использовать при передаче энергии четыре провода вместо шести.

При соединении обмоток треугольником (рис.168) они образуют замкнутый контур с весьма малым сопротивлением. Линейный провод отходит от общих точек начала одной фазы и конца другой и, поэтому фазные напряжения равны линейным (рис.169).

Из векторной диаграммы токов (рис.170) следует, что

. На практике используется не только соединение обмоток генератора, но и соединение между собой нагрузок звездой или треугольником. Таких комбинаций возможного соединения генератора и нагрузок – четыре.

РИС.171 РИС.172 РИС.173 РИС.174

При соединении звезда – звезда (рис.171) на всех нагрузках разное напряжение, но если сопротивление нагрузок приблизительно равно, то ток по нулевому проводу практически равен нулю.

Тем не менее, нулевой провод нельзя убирать или ставить в него предохранители потому, что без него на каждую из пар нагрузок действует линейное напряжение, причем оно распределяется в соответствии с сопротивлением нагрузок. Получается, что напряжение, подаваемое на нагрузку, зависит от ее сопротивления, что неэффективно и опасно.

Если генератор и нагрузки соединены звезда – треугольник (рис.172), то на каждой нагрузке, независимо от ее сопротивления, одинаковое напряжение, равное линейному.

При соединении треугольник – треугольник (рис.173) на всех нагрузках фазное напряжение, независимо от их сопротивления.

Если генератор и нагрузки соединены треугольник – звезда (рис.174), то на каждой нагрузке напряжение равно .

Трехфазный ток используется для получения вращающегося магнитного поля. В этом случае трехфазный ток подводится к трем обмоткам, расположенным на неподвижной станине – статоре. Внутри статора помещен стальной барабан – ротор, вдоль образующих которого в пазах уложены провода, соединенные между собой на обоих торцах кольцами.

Обмотки статора создают магнитный поток одинаковой величины, но сдвинутый по фазе, т.е. он как бы вращается относительно ротора. В обмотках ротора возникают индукционные потоки, которые, в свою очередь, взаимодействуют с вращающимся магнитным потоком, что приводит ротор во вращение, т.е. получается электродвигатель достаточно простого устройства.

При увеличении скорости ротора уменьшается относительная скорость движения его проводников относительно магнитного поля. Если бы он достиг той же скорости вращения, что и магнитный поток статора, то индукционный ток равнялся бы нулю и, соответственно, вращающий момент стал бы равным нулю.

Следовательно, при наличии тормозного момента магнитный поток и ротор не могут вращаться с той же скоростью, что и поток статора (синхронно), — скорость вращения ротора всегда несколько меньше. Поэтому двигатели такого типа называются асихронными (несинхронными).

Трехфазная система, изобретенная русским инженером М.О.Доливо-Добровольским в XIX, применяется во всем мире для передачи и распределения энергии. Доливо-Добровольский первым получил вращающееся магнитное поле с помощью трехфазного тока и построил первый асинхронный двигатель. Трехфазная система обеспечивает наиболее экономичную передачу энергии и позволяет создать надежные в работе и простые по устройству электродвигатели, генераторы и трансформаторы.

На практике, например, электрические лампы изготавливаются на номинальные напряжения 127 и 220В. Способ их включения в цепь трехфазного тока зависит от величины линейного напряжения трехфазной сети.

Лампы с номинальным напряжением 127 В включаются звездой с нейтральным проводом при линейном напряжении сети 220 В или треугольником при линейном напряжении сети 127 В.

Лампы с номинальным напряжением 220 В соответственно включаются звездой в сеть с линейным напряжением 380 В и треугольником в сеть с напряжением 220 В.

Обмотки трехфазных двигателей изготавливаются на номинальные фазные напряжения 127, 220 и 380 В. Каждый трехфазный двигатель может быть включен или звездой в трехфазную сеть с линейным напряжением, превышающим его фазное в раз, или треугольником, если линейное напряжение сети равно фазному напряжению его обмотки. Обычно на паспорте двигателя указано, например: треугольник -220В, звезда – 380В.

Линейные цепи. Правила Кирхгофа. Методы анализа линейных цепей. Переходные процессы в цепи с конденсатором.

Элемент электрической цепи называется линейным, если его параметры не зависят от напряжения и силы тока, т.е. вольт-амперная характеристика прямая.

Электрическая цепь называется линейной если она состоит из линейных элементов.

Применение закона Ома для расчета сложных разветвленных цепей, содержащих несколько источников довольно сложно. Для расчетов таких цепей используют два правила немецкого физика Г.Кирхгофа, первое из которых вытекает из закона сохранения заряда, а второе является обобщением закона Ома на произвольное число источников сторонних ЭДС в изолированном замкнутом контуре.

Для того чтобы использовать правила Кирхгофа необходимо ввести несколько понятий.

Электрическая схема – графическое изображение электрической цепи.

Ветвь электрической цепи – один или несколько последовательно соединенных элементов цепи, по которым течет один и тот же ток.

Узел – соединение трех или большего количества ветвей. Ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, — отрицательным.

Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

Контур – любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. Положительное направление обхода контура выбирается произвольно, но одно и то же для всех контуров электрической цепи. Токи совпадающие по направлению с направлением обхода контура, считаются положительными, не совпадающие с направлением обхода – отрицательными. ЭДС считаются положительными, если они создают ток, направленный в сторону обхода контура.

Рассмотрим цепь, содержащую три источника (рис.65). Пусть R₁. R₂. R₃ общие сопротивления ветвей АВ, ВС, СА соответственно. Положительное направление обхода примем по часовой стрелке. Применим к каждой ветви закон Ома для неоднородного участка цепи.

Сложив почленно эти уравнения, получим

Второе правило Кирхгофа. в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС, встречающихся в этом контуре:

При расчете сложных цепей постоянного тока с применением правил Кирхгофа необходимо: 1.выбрать произвольное направление токов на всех участках цепи; действительное направление токов выяснится при решении: если искомый ток получится положительным, то его направление было выбрано правильно, а если отрицательным, то его истинное направление противоположно выбранному;

2.выбрать направление обхода контуров и строго его придерживаться; записывая со соответствующими знаками токи и ЭДС;

3.составить количество уравнений равное количеству искомых величин (в систему уравнений должны входить все сопротивления и ЭДС рассматриваемой цепи).

Соединение звездой и треугольником генераторных обмоток

Автор Человек March 6, 2016

При создании любого прибора важно не только подобрать необходимые детали, но и верно их все соединить. И в рамках данной статьи будет рассказано про соединение звездой и треугольником. Где это применяется? Как схематически данное действие выглядит? На эти, а также другие вопросы и будут даны ответы в рамках статьи.

Что собой представляет трёхфазная система электроснабжения?

Она является частным случаем многофазных систем построения электрических цепей для переменного тока. В них действуют созданные с помощью общего источника энергии синусоидальные ЭДС, обладающие одинаковой частотой. Но при этом они сдвинуты относительно друг друга на определённую величину фазового угла. В трехфазной системе он равняется 120 градусам. Шестипроводная (часто ещё называемая многопроводной) конструкция для переменного тока была изобретена в своё время Николой Теслой. Также значительный вклад в её развитие внёс Доливо-Добровольский, который первым предложил делать трёх- и четырепроводные системы. Также он обнаружил ряд преимуществ, которые имеют трехфазные конструкции. Что же собой представляют схемы включения?

Схема звезды

Так называют соединение, при котором концы фаз обмоток генератора соединяют в общую точку. Её называют нейтралью. Концы фаз обмоток потребителя также соединяются в одну общую точку. Теперь к проводам, которые их соединяют. Если он находится между началом фаз потребителя и генератора, его называют линейным. Провод, который соединяет нейтрали, обозначают как нейтральный. Также от него зависит название цепи. Если есть нейтральный, схема называется четырёхпроводной. В ином случае она будет трёхпроводной.

Треугольник

Это тип соединения, в котором начало (Н) и конец (К) схемы находятся в одной точке. Так, К первой фазы подсоединён у Н второй. Её К соединяется с Н третьей. А её конец соединён с началом первой. Такую схему можно было бы назвать кругом, если не особенность её монтирования, когда более эргономичным является размещение в виде треугольника. Чтобы узнать все особенности соединения, ознакомитесь с ниже приведёнными видами соединений. Но до этого ещё немного информации. Чем отличается соединение звездой и треугольником? Разница между ними заключается в том, что по-разному соединяются фазы. Также существуют определённые отличия в эргономичности.

Как можно понять из рисунков, существует довольно много вариантов реализации включения деталей. Сопротивления, которые возникают в таких случаях, называют фазами нагрузки. Выделяют пять видов соединений, по которым может быть подключен генератор к нагрузке. Это:

1. Звезда–звезда. Вторая используется с нейтральным проводом.
2. Звезда-звезда. Вторая используется без нейтрального провода.
3. Треугольник-треугольник.
4. Звезда-треугольник.
5. Треугольник-звезда.

А что это за оговорки в первом и втором пунктах? Если вы уже успели задаться этим вопросом, прочитайте информацию, которая идёт к схеме звезды: там есть ответ. Но здесь хочется сделать небольшое дополнение: начала фаз генераторов обозначаются с применением заглавных букв, а нагрузки – прописными. Это относительно схематического изображения. Теперь по опыту использования: когда выбирают направление протекания тока, в линейных проводах делают так, чтобы он был направлен со стороны генератора к нагрузке. С нулевыми поступают полностью наоборот. Посмотрите, как выглядит схема соединения звезда-треугольник. Рисунки очень хорошо наглядно показывают, как и что должно быть. Схема соединения обмоток звезда/треугольник представлены в разных ракурсах, и проблем с их пониманием быть не должно.

Преимущества

Каждая ЭДС работает в определённой фазе периодического процесса. Для обозначения проводников используют латинские буквы A, B, C, L и цифры 1, 2, 3. Говоря про трехфазные системы, обычно выделяют такие их преимущества:

1. Экономичность при передаче электричества на значительные расстояния, которое обеспечивает соединение звездой и треугольником.
2. Малая материалоёмкость трехфазных трансформаторов.
3. Уравновешенность системы. Данный пункт является одним из самых важных, поскольку позволяет избежать неравномерной механической нагрузки на электрогенерирующую установку. Из этого вытекает больший срок службы.
4. Малой материалоёмкостью обладают силовые кабели. Благодаря этому при одинаковой потребляемой мощности в сравнении с однофазными цепями уменьшаются токи, которые необходимы, чтобы поддерживать соединение звездой и треугольником..
5. Можно без значительных усилий получить круговое вращающееся магнитное поле, что необходимо для работоспособности электрического двигателя и целого ряда других электротехнических устройств, работающих по похожему принципу. Это достигается благодаря возможности создания более простой и одновременно эффективной конструкции, что, в свою очередь, вытекает из показателей экономичности. Это ещё один значительный плюс, который имеет соединение звездой и треугольником.
6. В одной установке можно получить два рабочих напряжения – фазное и линейное. Также можно сделать два уровня мощности, когда присутствует соединение по принципу «треугольника» или «звезды».
7. Можно резко уменьшать мерцание и стробоскопический эффект светильников, работающих на люминесцентных лампах, пойдя по пути размещения в нём устройств, питающихся от разных фаз.

Благодаря вышеуказанным семи преимуществам трехфазные системы сейчас являются наиболее распространёнными в современной электронике. Соединение обмоток трансформатора звезда/треугольник позволяет подобрать оптимальные возможности для каждого конкретного случая. К тому же неоценимой является возможность влиять на напряжение, передающееся по сетям к домам жителей.

Заключение

Данные системы соединения являются самыми популярными благодаря своей эффективности. Но следует помнить, что работа идёт с высоким напряжением, и необходимо соблюдать крайнюю осторожность.

Похожие статьи

Соединение звездой и треугольником обмоток электродвигателя

1. Соединение обмоток звездой и треугольником
2. Запуск трехфазного электродвигателя с переключением со звезды на треугольник
3. Когда нужно переключаться с треугольника в звезду
4. Видео

Конструкция трехфазного электродвигателя представляет собой электрическую машину, для нормальной работы которой необходимы трехфазные сети переменного тока. Основными частями такого устройства являются статор и ротор. Статор оборудован тремя обмотками, сдвинутыми между собой на 120 градусов. Когда в обмотках появляется трехфазное напряжение, на их полюсах происходит образование магнит ных потоков. За счет этих потоков, ротор двигателя начинает вращаться.

В промышленном производстве и в быту практикуется широкое применение трехфазных асинхронных двигателей. Они могут быть односкоростными, когда производится соединение звездой и треугольником обмоток электродвигателя или многоскоростными, с возможностью переключения с одной схемы на другую.

Соединение обмоток звездой и треугольником

У всех трехфазных электродвигателей обмотки соединяются по схеме звезды или треугольника.

При подключении обмоток по схема звезда, их концы соединяются в одной точке в нулевом узле. Поэтому, получается еще один дополнительный нулевой вывод. Другие концы обмоток соединяются с фазами сети 380 В.

Соединение треугольником заключается в последовательном соединении обмоток. Конец первой обмотки соединяется с начальным концом второй обмотки и так далее. В конечном итоге, конец третьей обмотки, соединится с началом первой обмотки. Подача трехфазного напряжения осуществляется в каждый узел соединения. Подключение по схеме треугольник отличается отсутствием нулевого провода.

Оба вида соединений получили примерно одинаковое распространение и не имеют между собой значительных отличительных особенностей.

Существует и комбинированное подключение, когда используются оба варианта. Такой способ применяется достаточно часто, его целью является плавный запуск электродвигателя, которого не всегда можно добиться при обычных подключениях. В момент непосредственного пуска, обмотки находятся в положении звезда. Далее, используется реле, которое обеспечивает переключение в положение треугольника. За счет этого происходит уменьшение пускового тока. Комбинированная схема, чаще всего, применяется во время пуска электродвигателей, обладающих большой мощностью. Для таких двигателей требуется и значительно больший пусковой ток, превышающий номинальное значение примерно в семь раз.

Электродвигатели могут подключаться и другими способами, когда применяется двойная или тройная звезда. Такие подключения используются для двигателей с двумя и более регулируемыми скоростями.

Запуск трехфазного электродвигателя с переключением со звезды на треугольник

Данный способ применяется для того, чтобы снизить пусковой ток, который может примерно в 5-7 раз превышать номинальный ток электродвигателя. Агрегаты со слишком большой мощностью имеют такой пусковой ток, при котором легко перегорают предохранители, отключаются автоматы и, целом, значительно понижается напряжение. При таком уменьшении напряжения снижается накаливание ламп, происходит снижение вращающего момента других электродвигателей, самопроизвольно отключаются магнит ные пускатели и контакторы. Поэтому, применяются разные способы, с целью уменьшения пускового тока.

Общим для всех способов является необходимость снижения напряжения в обмотках статора на время непосредственного пуска. Чтобы уменьшить пусковой ток, цепь статора на время пуска может дополняться дросселем, реостатом или автоматическим трансформатором.

Наибольшее распространение получило переключение обмотки из звезды в положение треугольника. В положении звезды напряжение становится в 1,73 раза меньше, чем номинальное, поэтому и ток будет меньше, чем при полном напряжении. Во время пуска частота вращения электродвигателя увеличивается, происходит снижение тока и обмотки переключаются в положение треугольника.

Такое переключение допускается в электродвигателях, имеющих облегченный режим пуска, так как происходит снижение пускового момента, примерно в два раза. Данным способом переключаются те двигатели, которые конструктивно могут соединяться в треугольник. У них должны быть обмотки, способные работать при линейном напряжении сети .

Когда нужно переключаться с треугольника в звезду

Когда необходимо выполнить соединение звездой и треугольником обмоток электродвигателя, следует помнить о возможности переключения с одного вида на другой. Основным вариантом является схема переключения звезда треугольник. Однако, при необходимости, возможен и обратный вариант.

Всем известно, что у электродвигателей, загруженных не полностью, происходит снижение коэффициента мощности. Поэтому, такие двигатели желательно заменять устройствами с меньшей мощностью. Однако, при невозможности замены и большом запасе мощности, производится переключение треугольник-звезда. Ток в цепи статора не должен превышать номинала, иначе произойдет перегрев электродвигателя.

Источники: http://studopedia.ru/5_103820_osnovnie-svedeniya-o-trehfaznom-toke-soedinenie-zvezdoy-i-treugolnikom.html, http://www.syl.ru/article/234330/new_soedinenie-zvezdoy-i-treugolnikom-generatornyih-obmotok, http://electric-220.ru/news/soedinenie_zvezdoj_i_treugolnikom_obmotok_ehlektrodvigatelja/2015-02-21-837