14. srpna 2021 v 16:27 Moderní výrobu si nelze představit bez aktivního využívání výkonných asynchronních elektromotorů. Když jsou zapnuty, startovací proud má tendenci překročit jmenovitou úroveň 3-8krát. Toto je aktuální hodnota potřebná ke spuštění rotoru ze statického stavu a vyžaduje více elektřiny než udržení rotace na určité frekvenci.
Vysoký startovací proud však přináší určitá rizika. Může způsobit pokles napětí v elektrické síti a další problémy – od blikání světel až po problémy s provozem dalších připojených zařízení. V některých případech to může být doprovázeno významnými ztrátami materiálu, například výrobní vady způsobené poklesem napětí. Vysoký startovací proud může navíc způsobit tepelné přetížení elektromotoru, urychlit opotřebení a poškození izolace a dokonce vést k požáru.
Proto je důležité vyvinout účinné metody pro snížení startovacích proudů. Za jednu z nich je považována metoda hvězda-trojúhelník.
Podívejme se na principy “hvězda” a “trojúhelník”, které se často používají při zapojování třífázových elektromotorů. V hvězdicovém obvodu se konce statorových vinutí sbíhají v jednom bodě – neutrálním nebo nulovém a na začátky vinutí je přiváděno napětí. S tímto spojením napětí mezi dvěma fázemi převyšuje napětí mezi fází a nulovým vodičem třikrát.
V zapojení do trojúhelníku jsou vinutí statoru zapojena do série a napětí mezi dvěma vodiči se rovná fázovému napětí. V tomto případě však proud ve vedení převyšuje fázový proud, a to také třikrát odmocnině.
Při zapojení statorových vinutí do hvězdicového vzoru je vztah mezi síťovým a fázovým napětím vyjádřen vzorcem:
Uл=Uф*√3
kde:
Uл — napětí mezi dvěma fázemi;
Uф — napětí mezi fází a nulovým vodičem;
Hodnoty linkových a fázových proudů se shodují, tj. Iл = Iф.
Při zapojení vinutí do hvězdicového vzoru dochází k výraznému snížení proudu ve vedení – přesně na to jsme cílili. Zde je však důležitý bod: rozběhový moment motoru přímo závisí na fázovém napětí. Při použití konfigurace trojúhelníku se fázové napětí rovná síťovému napětí mezi párem vodičů: Uл = Uф.
Proud ve vedení (síti) je však větší než proud ve fázi, který je popsán vzorcem:
Iл=Iф*√3
kde:
Iл — lineární proud;
If — fázový proud.
Ukazuje se, že připojením vinutí do „hvězdového“ vzoru snížíme lineární proud, což jsme původně chtěli. Toto schéma má však také nevýhodu: jak můžeme vidět ze vzorce, startovací moment motoru je přímo úměrný fázovému napětí:
kde:
U — fázové napětí vinutí statoru;
r1 — aktivní odpor fáze vinutí statoru
r2 — snížená hodnota aktivního odporu fáze vinutí rotoru;
x1 — indukční odpor fáze vinutí statoru;
x2 — snížená hodnota indukčního odporu fáze stacionárního vinutí rotoru;
m — počet fází;
p je počet pólových párů.
Abychom pochopili princip fungování obvodu hvězda-trojúhelník, podívejme se na příklad. Předpokládejme, že vinutí asynchronního motoru pracuje na principu “trojúhelníku” při síťovém napětí 380 V a odpor vinutí je 10 Ohm:
Fázový proud se rovná proudu vedení a rovná se:
Po zrychlení motoru se vinutí přepne z “hvězdy” na “trojúhelník”, což zvyšuje proud a napětí:
Při spouštění motoru pomocí hvězdicového obvodu je tedy fázové napětí √3krát nižší než síťové napětí, při použití obvodu trojúhelníku jsou stejné. Z toho vyplývá, že počáteční moment při použití schématu „hvězda“ je znatelně slabší. Spuštěním motoru tímto způsobem stojíme před problémem – nemůžeme dosáhnout jeho jmenovitého výkonu, když vyřešíme jeden problém, vytvoříme další. Existuje však řešení: musíte obě možnosti propojit tak, aby při startování silného motoru nebyl silný proud a když se motor přepnul do požadovaného provozního režimu, došlo k přepnutí na obvod „trojúhelník“. To umožní motoru bez problémů běžet při plné zátěži.
Jedním z nástrojů, který tento úkol splňuje, je Finder 80.82 Time Relay. Lze jej použít k ovládání přepínání mezi dvěma obvody: když je relé přivedeno napájení, kontakt do hvězdy se okamžitě sepne. Jakmile motor dosáhne nastavené rychlosti, kontakt hvězda se otevře a kontakt trojúhelníku sepne. Tento stav zůstává, dokud je relé napájeno napětím.
Toto schéma je nejúčinnější pro motory označené „Δ/Y 380/660V“. V takových případech se používají tři elektromagnetické spouštěče.
Co se týče ovládání přepínání z hvězdy do trojúhelníku, přichází na pomoc opět relé Finder 80.82.
Podívejme se na algoritmus tohoto schématu:
Po stisknutí tlačítka S1.1 je cívka spouštěče KM1 pod napětím, v důsledku čehož se sepnou výkonové kontakty KM1 a pomocí přídavného kontaktu KM1.1 je realizován samosběr startéru. Současně je přivedeno napětí na časové relé U1. Kontakty časového relé 17-18 jsou sepnuty a startér KM2 je zapnutý. Motor se tedy spouští podle hvězdicového vzoru. Po uplynutí doby T (viz obrázek 3) se kontakt časového relé 17-18 okamžitě rozepne, časové zpoždění Tu uplyne a kontakt 17-28 se sepne. V důsledku toho bude fungovat startér KM3, který se přepne na obvod „trojúhelník“. Normálně sepnuté kontakty spouštěčů KM2.2 a KM3.2 slouží k zamezení současného zapnutí spouštěčů KM2 a KM3. Pro ochranu motoru před přetížením je v napájecím obvodu instalováno tepelné relé KK1. V případě přetížení tepelné relé otevře silový obvod a řídicí obvod přes kontakt KK1.1. Motor se zastaví po stisknutí tlačítka S1.2, čímž se přeruší obvod samosběru a odpojí se cívka startéru KM1.
Pokud tedy potřebujete zjednodušit proces spouštění výkonného elektromotoru, doporučuje se začít s použitím hvězdicového obvodu, který pomáhá snižovat startovací proudy a zabraňuje poklesu napětí v elektrické síti. Je však třeba zvážit, že při použití tohoto schématu nebude motor schopen pracovat na maximální výkon. Pro přepnutí do režimu jmenovitého výkonu je nutné přepnout na obvod “trojúhelník”. K tomuto účelu je ideální časové relé Finder 80.82. Kategorie: Elektrika
Náhodný článek: Samoregulační kabel
Dnes jsou asynchronní elektromotory oblíbené díky své spolehlivosti, vynikajícímu výkonu a relativně nízké ceně. Motory tohoto typu jsou navrženy tak, aby vydržely silné mechanické zatížení. Aby se jednotka úspěšně spustila, musí být správně připojena. K tomuto účelu se používají zapojení do hvězdy a trojúhelníku a také jejich kombinace.
Typy připojení
Konstrukce elektromotoru je poměrně jednoduchá a skládá se ze dvou hlavních prvků – stacionární stator a vnitřní rotující rotor. Každá z těchto částí má své vlastní vinutí, které vede proud. Statorový je uložen ve speciálních drážkách s povinným odstupem 120 stupňů.
Princip činnosti motoru je jednoduchý – po zapnutí startéru a přivedení napětí na stator se objeví magnetické pole způsobující otáčení rotoru. Oba konce vinutí jsou vyvedeny do rozvodné skříně a jsou uspořádány ve dvou řadách. Jejich závěry jsou označeny písmenem „C“ a dostávají číselné označení v rozsahu od 1 do 6.
Chcete-li je připojit, můžete použít jednu ze tří metod:
- “Hvězda”;
- “Trojúhelník”;
- “Hvězda-trojúhelník”.
Pokud jsou všechny konce statorového vinutí spojeny v jednom bodě, pak se tento typ spojení nazývá „hvězda“. Pokud jsou všechny konce vinutí zapojeny do série, jedná se o „trojúhelník“. V tomto případě jsou kontakty uspořádány tak, že jejich řady jsou vůči sobě posunuty. Výsledkem je, že protilehlá svorka C6 je svorka C1 atd. To je jedna z odpovědí na otázku, jaký je rozdíl mezi zapojením do hvězdy a trojúhelníku.
V prvním případě je navíc zajištěn plynulejší chod motoru, ale maximálního výkonu není dosaženo. Pokud je použit trojúhelníkový obvod, pak ve vinutí vznikají velké zapínací proudy, které negativně ovlivňují životnost jednotky. Chcete-li je snížit, musíte použít speciální reostaty, díky kterým bude start co nejhladší.
Pokud je 3-fázový motor připojen k síti 220 V, pak točivý moment nestačí ke spuštění. Pro zvýšení tohoto ukazatele se používají další prvky. V domácích podmínkách by byl optimálním řešením kondenzátor s fázovým posunem. Je třeba poznamenat, že výkon třífázových sítí je vyšší ve srovnání s jednofázovými. To naznačuje, že připojení 3fázového motoru k jednofázové elektrické síti jistě povede ke ztrátě výkonu. Není možné přesně říci, která z těchto metod je lepší, protože každá má nejen výhody, ale i nevýhody.
Výhody a nevýhody “hvězdy”
Společný bod, ve kterém jsou všechny konce vinutí spojeny, se nazývá neutrální. Pokud je v elektrickém obvodu nulový vodič, pak se bude nazývat čtyřvodičový. Začátek kontaktů je připojen k odpovídajícím fázím napájecí sítě. Schéma zapojení vinutí elektromotoru „hvězda“ má řadu výhod:
- Zajišťuje dlouhodobý nonstop provoz elektromotoru.
- Snížením výkonu se zvyšuje životnost jednotky.
- Je dosaženo hladkého startu.
- Během provozu nedochází k výraznému přehřívání motoru.
Existuje zařízení, které má vnitřní spojení konců vinutí a do krabice jsou přivedeny pouze tři kontakty. V takové situaci není použití jiného schématu připojení než „hvězda“ možné.
Výhody a nevýhody “trojúhelníku”
Použití tohoto typu připojení umožňuje vytvořit nepřerušený obvod v elektrickém obvodu. Okruh získal toto jméno kvůli svému ergonomickému tvaru, i když jej lze nazvat také kruhem. Mezi výhody „trojúhelníku“ stojí za zmínku:
- Maximálního výkonu jednotky je dosaženo za provozu.
- Ke spuštění motoru se používá reostat.
- Výrazně zvyšuje točivý moment.
- Vzniká silná tažná síla.
Mezi nevýhody lze zaznamenat pouze vysoké hodnoty startovacích proudů a aktivní vytváření tepla během provozu. Tento typ připojení je široce používán ve výkonných mechanismech, které obsahují velké zátěžové proudy. Díky tomu se zvyšuje EMF, což ovlivňuje výkon točivého momentu. Je třeba také říci, že existuje další schéma zapojení nazvané „otevřená delta“. Používá se v usměrňovacích instalacích určených k výrobě trojfrekvenčních proudů.
Kombinace obvodů
U vysoce složitých mechanismů se často používá kombinované hvězdicové a trojúhelníkové zapojení třífázového motoru. To vám umožní nejen zvýšit výkon jednotky, ale také prodloužit její životnost, pokud není navržena pro práci pomocí metody „trojúhelníku“. Vzhledem k tomu, že startovací proudy u motorů s vysokým výkonem jsou vysoké, při spuštění zařízení často selžou pojistky nebo se vypnou jističe.
Pro snížení lineárního napětí ve vinutí statoru se aktivně používají různá přídavná zařízení, například autotransformátory, reostaty atd. V důsledku toho se dosáhne snížení napětí více než 1,7krát. Po úspěšném nastartování motoru se frekvence začne postupně zvyšovat a proud klesá. Použití reléového kontaktního obvodu v takové situaci umožňuje přepínat zapojení hvězda-trojúhelník elektromotoru. V této situaci je zajištěn co nejhladší start pohonné jednotky.
Kombinovaný obvod však nelze použít, pokud je nutné snížit rozběhový proud, ale zároveň je potřeba velký kroutící moment. V tomto případě byste měli použít elektromotor s vinutým rotorem vybaveným reostatem.
Pokud mluvíme o výhodách kombinace dvou způsobů připojení, můžeme si všimnout dvou:
- Díky plynulému rozběhu se zvyšuje životnost.
- Můžete vytvořit dvě úrovně výkonu jednotky.
Dnes jsou nejrozšířenější elektromotory určené pro provoz v sítích 220 a 380 voltů. Na tom závisí výběr schématu zapojení. Proto se doporučuje používat „trojúhelník“ při napětí 220 V a „hvězda“ při 380 V.
