Zasilanie silników - połączenie gwiazda-trójkąt

Zasilanie silników – problem przełączenia gwiazda – trójkąt

Problem: Kiedy mogę podłączyć przełącznik gwiazda - trójkąt?

Silnik, jako maszyna elektryczna zdolna do przekształcania energii elektrycznej na energię mechaniczną, wymaga odpowiedniego zasilania.
Tabliczka znamionowa powinna opisywać wszystkie potrzebne informacje, jednak jak się okazuje, nie wszystko jest takie jasne.
Każdy silnik posiada w swojej konstrukcji podstawowe elementy umożliwiające mu pracę – uzwojenia.
Uzwojenie silnika (cewki), jako element wykonany najczęściej z drutu miedzianego, ma swoje parametry pracy, a pisząc prościej, napięcie na jakie został zbudowany.
Przykładowo jak poniżej:


Często można spotkać na silnikach takie zapisy:
230(D) / 400 (Y)
400 (D) / 690 (Y)
Przykładowo:


Oznacza to tyle, że wymagane jest odpowiednie podłączenie silnika.
Silnik który ma pracować w typowej Polskiej sieci 230/400V, dla takiego oznaczenia 230/400 D/Y, może pracować jedynie w układzie gwiazdy (Y).
Dlaczego?
Dlatego, że jego cewki przystosowane są do pracy na napięcie 230V. Praca w układzie trójkąta, poda na cewki napięcie 400V.

Wracając do naszych uzwojeń silnika (cewek), to oznaczając ich końce w poniższy sposób:


Możemy je wykorzystać do podłączenia dwóch układów:



Dlaczego w takim razie musimy uważać do jakiej sieci (czy napięcia) podłączamy powyższe układy?
Odpowiedź na poniższych rysunkach.



Zasilanie dla układu standardowego („domowego”), ma dwa napięcia – fazowe (230V) i międzyfazowe (400V). Podpinając zatem silnik 230(D)/400(Y) w układzie trójkąta(D), podajemy na cewkę 400V, gdzie dopuszczalne jest jedynie 230V. W układzie gwiazdy (Y) silnik podłączamy pod 400V, ale cewki podłączone są ze sobą w taki sposób, że na pojedynczej cewce „pojawi” się jedynie 230V.
Dlatego też taki silnik nie może pracować z przełącznikiem GWIAZDA-TRÓJKĄT w tej sieci.
Silnik taki nie może także pracować w układzie trójkąta w tej sieci.
Może pracować tylko w układzie połączeń: Gwiazda.



Analogicznie jest w tym układzie.
Zasilanie dla układu przemysłowego ma dwa napięcia – fazowe (400V) i międzyfazowe (690V). Podpinając zatem silnik 230(D)/400(Y) w układzie trójkąta(D), podajemy na cewkę 690V, gdzie dopuszczalne jest jedynie 230V.
Taki silnik nie może pracować w sieci przemysłowej 400/690V.
W tym układzie właściwym do podłączenia może być silnik 400(D)/690(Y), podpięty w układzie gwiazdy.

Z czym wiąże się zatem przełączenie gwiazda-trójkąt?
Wiąże się ono z tym, że cewka silnika pracować będzie wpierw w gwieździe, czyli "podane" zostanie napięcie o pierwiastek z trzech mniejsze od napięcia znamionowego. Wykonuje się to w celu rozruchu silnika „z mniejszym prądem” – w celu zmniejszenia prądu rozruchowego. Przełączenie w trójkąt (po rozruchu) podaje już znamionowe napięcie na silnik i pozwala na uzyskanie pełnej mocy.

Zatem silnikiem odpowiednim do pracy w układzie przełącznika gwiazda-trójkąt, dla układu sieciowego 230/400V będzie silnik o takich parametrach:
400(D)/690(Y)

Jak wygląda sytuacja związana z prądami i napięciami?
Ano tak:


Jak widać, w przypadku podłączenia w gwiazdę, prąd i napięcie są mniejsze o pierwiastek z trzech od znamionowych wartości na jakie zbudowane jest urządzenie.
Nie spowoduje to ani przegrzania silnika, ani spalenia cewek, może jedynie spowodować efekt "niedoboru mocy", a w konsekwencji brak rozruchu silnika.

Ogólnie bardzo przydatna analiza, zwłaszcza dla początkujących.
Na ostatnim obrazku znalazł się jednak pewien błąd. Nie wiem do końca co miałyby oznaczać indeksy dolne przy oznaczeniach prądu I w przedstawionym po prawej wzorze (czy mf oznacza fazę maszyny czy prąd międzyfazowy) ale z pewnością w układzie odbiornika trójfazowego połączonego w trójkąt prądy wewnątrz obwodu trójkąta są pierwiastek z 3 razy mniejsze od prądu przewodowego (tego płynącego od źródła do odbiornika).

Dodatkowa warta odnotowania uwagą, że dla tego samego napięcia zasilającego prąd przewodowy zasilający odbiornik dla układu tych samych impedancji połączonych w trójkąt jest 3 razy większy niż dla układu tych samych wartości impedancji połączonych w gwiazdę a w przypadku prądu płynącego w poszczególnych fazach to jest pierwiastek z 3 razy większy w układzie trójkątnym w stosunku do gwiazdowego. Być może o to chodziło w oryginalnym rysunku niemniej z racji pozostawienia oznaczeń w układzie po lewo przydałoby się wówczas jakieś rozróżnienie.

qrnick wrote:

Dodatkowa warta odnotowania uwagą, że dla tego samego napięcia zasilającego prąd przewodowy zasilający odbiornik dla układu tych samych impedancji połączonych w trójkąt jest 3 razy większy niż dla układu tych samych wartości impedancji połączonych w gwiazdę a w przypadku prądu płynącego w poszczególnych fazach to jest pierwiastek z 3 razy większy w układzie trójkątnym w stosunku do gwiazdowego. Być może o to chodziło w oryginalnym rysunku niemniej z racji pozostawienia oznaczeń w układzie po lewo przydałoby się wówczas jakieś rozróżnienie.

Co to za bełkot, nigdy prąd przewodowy nie jest większy 3 razy, zawsze o √3.
Może to zdanie jest źle sformułowane i chodziło o moc.

Może zamiast obrażać rozmówców warto coś policzyć.
Mówię o prądzie przewodowym a nie płynącym przez fazę silnika przy niezmienionym zasilaniu i niezmiennej impedancji pojedynczej fazy silnika dla różnych układów połączeń faz odbiornika.

Jeśli kilka prostych obliczeń to za duży wysiłek odsyłam do "Zbiór zadań z podstaw napędu elektrycznego" Chodnikiewicz K., Moszczyński L., Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2014 s. 127.

Tośmy się źle zrozumieli. Jeżeli potraktujemy silnik jako "czarną skrzynkę" gdzie zawsze zasilanie jest 400 V (przewodowe) a zmienimy tylko układ połączeń wewnątrz "skrzynki" to jak najbardziej prąd zmaleje 3 razy.
Tu nie potrzeba żadnych obliczeń, wiadomo że przy zmianie Δ na γ moc zmienia się trzykrotnie, a skoro zasilanie skrzynki jest tej samej wartości to prąd musi zmienić się 3- krotnie.

Za bardzo to "rozgryzłem".
Sorki i nie gniewać się, wszak ten się nie myli kto nic nie robi.

Otóż to. Na spokojnie.
Sieć zasilająca którą dysponujemy ma stałą wartość skuteczną napięcia (czy to przewodowego czy fazowego) i gdy nie dysponujemy żadnymi dodatkowymi urządzeniami (transformator, przemiennik itp.) to jest to istotna informacja dla użytkownika silnika aby wiedział jakie konsekwencje będzie miało zastosowanie tych dwóch rodzajów połączeń uzwojeń. Z resztą z reguły to silnik dobieramy do istniejącej sieci a nie na odwrót. Dlatego właśnie o tym wspomniałem i zasugerowałem rozróżnienie oznaczeń na schemacie. Warto też, te niby truizmy tutaj wyjaśniać skoro zaglądają początkujący. To, że coś "wiadomo" to warto wiedzieć dlaczego i raczej powinno wynikać z umiejętności jakiegoś podstawowego przeliczenia a nie np. wykucia informacji na blachę stąd zacytowałem fragment książki z resztą całkiem przydatnej.