Соединение обмоток генератора звездой или треугольником позволяет уменьшить число проводов, соединяющих генератор с приемником, с шести при несвязанной системе до четырех или до трех.

Рисунок 12.4 Соединение обмоток генератора звездой

При соединении звездой (рис. 12.4) к началам обмоток генератора А, В, С присоединяют три линейных провода (желтый , зеленый , красный ), идущих к приемнику. Концы обмоток X, У, Z объединяют в узел, называемый нейтралью генератора или его нейтральной точкой N. В четырехпроводной системе к нейтрали генератора присоединяется нейтральный провод (синий ). В трехпроводной системе он отсутствует.

Токи протекающие по линейным проводам называются линейными токами I л. Так как в схеме соединения звездой линейный провод включен последовательно с фазой то линейный ток будет равен фазному.

Напряжения между линейными и нейтральным проводами называются фазными напряжениями : u A , u B и u C . Фазное напряжение отличается от фазной ЭДС на падение напряжения в обмотке генератора.

В дальнейшем будем считать, что падениями напряжения в фазах генератора можно пренебречь т.е. принять u A = e A , u B = e B и u C = e C или считать что заданы напряжения u A , u B и u C . Напряжения между линейными проводами называются линейными : u AB , u BC и u CA . Положительное направление напряжения указывается порядком записи индексов, например, положительное направление напряжения u AB от точки А к точке B (рис. 12.4).

Мгновенные значения фазных напряжений равны разностям мгновенных значений потенциалов начала и концов соответствующих обмоток:

u A = φ A — φ X , u B = φ B — φ Y , u C = φ C — φ Z

Мгновенные значения линейных напряжений равны разностям мгновенных значений потенциалов начал соответствующих обмоток, т.е.

u AB = φ A — φ B , u BC = φ B — φ C , u CA = φ C — φ A (12.5)

Концы обмоток соединены в узел, поэтому потенциалы их одинаковы φ x = φ y = φ z .

Мгновенное значение линейного напряжения между проводами A и B

По аналогии для двух других линейных напряжений можем написать

u BC = u B – u C ; u CA = u C – u A .

Следовательно, можно утверждать, что мгновенное значение любого линейного напряжения равно алгебраической разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений. Аналогично при символической записи любое комплексное линейное напряжение равно разности соответствующих фазных комплексных напряжений, т.е.

На векторной диаграмме (рис. 12.5) изображены три вектора фазных напряжений

Вектор любого линейного напряжения равен разности соответствующих векторов фазных напряжений. Из векторной диаграммы (рис. 12.5) видно, что векторы двух смежных фазных напряжений и вектор соответствующего линейного напряжения, например векторы образуют замкнутый треугольник. При симметричной системе напряжений действующие значения фазных напряжений равны друг другу, т.е. U A = U B = U C = U Ф, и действующие значения линейных напряжений одинаковы, т.е. U AB = U BC = U CA = U Л. Поэтому треугольник равнобедренный и имеет углы 30, 30 и 120 градусов. Из треугольника находим, что

т.е. линейное напряжение в √З раз больше фазного напряжения. Кроме того, из рис. 12.5 следует, что звезда векторов линейных напряжений повернута на 30° в сторону вращения векторов относительно звезды векторов фазных напряжений.

Алгебраическая сумма линейных напряжений всегда равна нулю. Действительно, приняв во внимание выражение 12.5 можно написать

У симметричной трехфазной системы равна нулю и сумма фазных напряжений:

как и сумма фазных ЭДС (рис. 12.2)

В этом можно убедиться, сложив соответствующие векторы, как это показано для фазных напряжений на рис. 12.5.

Трехфазная система соединённая в звезду получила наибольшее распространение, так как в ней можно получить на нагрузке одновременно два напряжения линейное (√З * фазное, к примеру 220* √З = 380 в) и фазное (к примеру 220 в) . При этом нагрузка может быть как трехфазной так и однофазной, симметричной и не симметричной.

Трехфазный электродвигатель - это электрическая машина, предназначенная для работы в переменного тока. Такой двигатель состоит из статора и ротора. Статор имеет три обмотки, сдвинутые на сто двадцать градусов. При появлении в цепи обмоток трехфазного напряжения на полюсах образуются магнитные потоки, происходит вращение ротора. Электродвигатели бывают синхронными и асинхронными. Трехфазные получили широкое применение в промышленности и в быту. Такие двигатели бывают односкоростными, в таком случае обмотки двигателя соединяют по схеме «звезда» или «треугольник», и многоскоростными. Последние агрегаты переключаемые, в таком случае происходит переход с одной схемы подключения на другую.

Трехфазные электродвигатели разделяют по схемам соединения обмоток. Существует две схемы подключения - соединение «звездой» и «треугольником». Подключение обмоток двигателя по типу «звезда» представляет собой соединение концов обмоток двигателя в одну точку (нулевой узел): получается дополнительный вывод - нулевой. Свободные концы подключаются к фазам сети электрического тока 380 В. Внешне такое подключение напоминает трехконечную звезду. На фото показана следующая схема: соединение «звездой» и «треугольником».Подключение обмоток электродвигателя по типу «треугольник» представляет собой обмоток: конец первой соединяют с началом второй обмотки, конец второй - с началом третьей, а конец третьей с началом первой. На узлы соединения обмоток подается трехфазное напряжение. При таком подключении обмоток нулевой вывод отсутствует. Внешне оно напоминает треугольник.

Соединение «звездой» и «треугольником» одинаково распространены, они не имеют значительных отличий. Для соединения обмоток по типу «звезда» (при работе двигателя в номинальном режиме) должно быть больше, чем при подключении по типу «треугольник». Поэтому в характеристиках трехфазного двигателя указывают следующим образом: 220/380 В либо В случае необходимости подключения электродвигателя к сети 380 В с номинальным обмотки требуется соединять по типу «звезда», а номинальным напряжением двигателя будет 380/660 В (по типу «треугольник»).

Следует отметить, что часто используется комбинированное подключение «звездой» и «треугольником». Это делается с целью более плавного пуска электродвигателя. При пуске используется подключение типа «звезда», а затем с помощью специального реле происходит переключение на «треугольник», таким образом, уменьшается пусковой ток. Подобные схемы рекомендуется применять для пуска электродвигателей большой мощности, требующих большого пускового тока. Важно помнить, что при этом пусковой ток превышает номинальный в семь раз.

Существуют и другие комбинации при подключении электродвигателей, например соединение «звездой» и «треугольником» может заменяться двойной, тройной «звездой», а также иными вариантами подключения. Такие способы применяют для многоскоростных (двух-, четырех- и т. д.) электродвигателей.

В промышленности и быту широко распространены асинхронные двигатели, которые питаются напрямую от трехфазной сети с переменным напряжением. В статоре подобного мотора расположены три обмотки, смещенные друг относительно друга на 120 градусов – это сделано для того, чтобы создавать одинаковое магнитное поле в любой точке окружности вокруг статора. Для подключения таких электродвигателей применяется две основные схемы: подключение звездой и треугольником. Давайте подробнее рассмотрим каждый из этих видов подключения. Для наглядности, обозначим начало каждой из трех обмоток U1 , V1 , W1 , а их концы – U2 , V2 , W2 соответственно.

Чтобы реализовать подключение мотора по схеме «звезда», необходимо соединить все концы обмоток U2 , V2 , W2 в одной точке, а на входы каждой из обмоток подавать по одной фазе из трехфазной сети.

Для того чтобы подключить двигатель по схеме «треугольник», необходимо к началу первой обмотки U1 присоединить конец второй V2, к началу второй обмотки V1 – конец третьей обмотки W2, а начало третьей обмотки W1 к концу первой U2. К местам, где соединяются обмотки, подключаются фазы питающей сети.

Важно правильно выбрать схему подключения для конкретного двигателя, иначе можно не получить от него необходимой мощности, а в отдельных случаях - даже вывести мотор из строя.

Каждая из этих схем подключения асинхронного электродвигателя к сети имеет как свои плюсы, так и недостатки. К примеру, мотор, подключенный звездой, запускается очень плавно, и может работать с небольшой перегрузкой без вреда для самого двигателя. Однако максимальная паспортная мощность электропривода в таком случае недостижима – двигатель будет выдавать до 70% от своей номинальной мощности.

Подключение треугольником позволяет достигать паспортной мощности, однако при такой схеме подключения пусковые токи достигают значительных величин. К тому же замечено, что при подключении треугольником электродвигатель греется при работе, что уменьшает срок его службы.

Чтобы минимизировать минусы и полностью реализовать плюсы каждой из схем, была придумана система автоматической смены схемы подключения. То есть, асинхронный электродвигатель запускается по схеме «звезда», а при выходе на свою номинальную вращения, переключается на схему «треугольник», и выходит на свою паспортную мощность. Реализуется такая смена схем подключения при помощи магнитных пускателей или пусковых реле времени. Также это можно сделать при помощи пакетного переключателя, но в этом случае нужно внимательно следить за работой мотора, чтобы переключить его в нужный момент.

При соединении обмоток звездой концы обмоток X, Y, Z соединяются в одну точку, называемую нулевой точкой или нейтралью генератора (рис. 7-5). В четырехпроводной системе к нейтрали присоединяется нейтральный или нулевой провод. К началам обмоток генератора присоединяются три линейных провода.

Напряжения между началами и концами фаз, или, что то же, напряжения между каждым из линейных проводов и нулевым называются фазными напряжениями и обозначаются или в общем виде

Пренебрегая падением напряжения в обмотках генератора, можно считать фазные напряжения равными соответствующим э. д. с., индуктированным в обмотках генератора.

Напряжения между началами обмоток, или, что то же, между линейными проводами, называются линейными напряжениями и обозначаются или в общем виде

Установим соотношение между линейными и фазными напряжениями при соединении обмоток генератора звездой.

Рис. 7-5. Схема соединения обмоток генератора звездой.

Рис. 7-6. Векторная диаграмма напряжений трехфазной цепи.

Так как конец первой фазы X соединен не с началом второй фазы, а с концом ее Y, что аналогично встречному соединению двух источников э. д. с. при постоянном токе, то мгновенное значение линейного напряжения между проводами А и В будет равно разности соответствующих фазных напряжений, т. е.

аналогично мгновенные значения других линейных напряжений

Таким образом, мгновенное значение линейного напряжения равно алгебраической разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений.

Так как изменяются по синусоидальному закону и имеют одинаковую частоту, то и линейные напряжения будут изменяться синусоидально, причем действующие значения линейных напряжений можно определить из векторной диаграммы (рис. 7-6):

Из сказанного следует, что вектор линейного напряжения равен разности векторов соответствующих фазных напряжений.

Фазные напряжения сдвинуты друг от друга на 120°. Для определения вектора линейного напряжения из вектора напряжения нужно геометрически вычесть вектор , или, что то же, прибавить равный по величине и обратный по знаку вектор - .

Аналогично вектор линейного напряжения получим как разность векторов напряжений и вектор линейного напряжения как разность векторов и ОА.

Опуская перпендикуляр из конца произвольно взятого вектора фазного напряжения, например , на вектор линейного напряжения получим прямоугольный треугольник ОНМ, из которого следует, что

Рис. 7-7. Векторная диаграмма напряжений при соединении обмоток генератора звездой.

Из векторной диаграммы (рис. 7-6) и последней формулы следует, что действующее значение линейного напряжения в раз больше действующего значения фазного напряжения и что линейное напряжение на 30° опережает фазное напряжение ; на такой же угол линейное напряжение опережает фазное напряжение и напряжение - фазное напряжение

Смежные, линейные напряжения сдвинуты друг относительно друга на такие же углы (120°), как и смежные фазные напряжения. Звезда векторов линейных напряжений повернута в положительную сторону относительно звезды векторов фазных напряжений на угол 30°.

Необходимо обратить внимание на то, что полученные соотношения между линейными и фазными напряжениями имеют место только при симметричной системе напряжений.

Так как векторы линейных напряжений определяются как разности векторов фазных напряжений, то, соединив концы векторов фазных напряжений, образующих звезду, получим треугольник векторов линейных напряжений (рис. 7-7).

Пример 7-1. Определить линейное напряжение генератора, если фазное напряжение его 127 и 220 В.

Если фазное напряжение 220 В, то