Navody

Princip spojení hvězda a trojúhelník. Vlastnosti a provoz

V elektrotechnice se schémata zapojení vinutí nazývaná „hvězda a trojúhelník“ vztahují k třífázovým sítím, které dodávají energii elektrárnám jednoho či druhého typu. Pod druhými se rozumí elektrická zařízení obsahující motorové jednotky, třífázové transformátory, topné články atd.

Vlastnosti zapínání vinutí třífázových zařízení

Vlastnosti schémat zapojení „hvězda a trojúhelník“ se nejsnadněji zvažují na příkladu motoru se zkratovaným rotorem, tzv. „klec veverky“. Elektrické stroje této třídy obsahují tři nezávislé cívky, z nichž každá tvoří magnetické pole s pevným vektorem elektromagnetické intenzity. V reálných jednotkách je počet takových vinutí výrazně větší, ale jejich celkový počet je nutně násobkem počtu fází (tj. tři).

Je důležité si uvědomit, že každá z těchto cívek má konec a začátek, což je na schématu znázorněno tučnou tečkou. Vzhledem k tomu, že v silových obvodech je ještě jeden napájecí vodič (tři fáze a jeden nulový), je otázka jejich správného spínání při konstrukci pracovních obvodů přirozená.

Při výběru metod zapojení vinutí generátorů 380 V se tradičně používá možnost zapojení podle hvězdicových a trojúhelníkových schémat. Tato řešení jsou použitelná i pro většinu třífázových zátěží, jako jsou například výkonové transformátory nebo elektrické pece.

Hvězdné zapojení

Při zapojení cívek do hvězdicového schématu se fázové sběrnice připojují k počátečním bodům každé z nich. Na schématu jsou označeny (A.B.C.). Konce těchto cívek jsou spojeny v jednom bodě (nazývaném „neutrální“ (N)). Nulový vodič se k němu obvykle připojuje, pokud to vyžadují provozní podmínky napájecího systému.

Trojúhelníkový diagram

Při tomto způsobu spínání jsou začátek každého následujícího a konec předchozího vinutí vzájemně propojeny a tvoří uzavřený trojúhelníkový útvar. Má tři spojovací body, ke kterým jsou připojeny fázové vodiče (A.B.C.). V tomto případě se při uspořádání a provozu napájecího vedení obejdou bez nulového nebo neutrálního vodiče.

Typy připojení

Hvězda a trojúhelník jsou základní schémata zapojení, která mají několik konstrukčních možností za provozních podmínek třífázových zdrojů napětí a spotřebičů. Liší se nejen kombinací schémat, ale také absencí nebo přítomností neutrálního vodiče ve vedení.

Obecně jsou možné následující kombinace řešení obvodů pro zdroj generující 380 V a spotřebič:

Hvězda – hvězda s nulovým jádrem.
Totéž, ale bez nulového vodiče.
Trojúhelník je trojúhelník.
Hvězda – trojúhelník.
Trojúhelník je hvězda.

Při navrhování třífázových obvodů se směr proudů v lineárních sběrnicích volí od generátoru k činné nebo reaktivní zátěži. V neutrálním nebo nulovém vodiči (pokud existuje) se mění na opačný – od spotřebiče ke generátoru.

Způsoby zapínání a elektrické parametry obvodů

Uvedené schémata zapojení (hvězda a trojúhelník) se používají pro všechna energetická zařízení pracující v třífázových sítích. Proto je tak důležité zvážit povahu rozložení proudů a napětí při připojování zátěží tím či oním způsobem. V elektrických silových obvodech se rozlišují dva typy napětí. Jsou to fázové 220 V a lineární, rovné 380 V. Druhé co do velikosti je 1,73krát větší než první, což odpovídá hodnotě druhé odmocniny ze 3.

Například v sekundárních vinutích výkonových transformátorů nebo elektromotorů (EM) zapojených do hvězdy působí mezi fázovou sběrnicí a nulovým vodičem 220 V. A mezi každou ze tří fází přístroj při měření ukazuje 380 V. Proudy v silových obvodech a zátěžích se také dělí na fázové a lineární. V uvažovaném obvodu mají stejnou velikost: Iл=Iф.

Při zapojení do „trojúhelníkového“ schématu se rozložení hlavních indikátorů změní na opačné. V tomto případě jsou napětí různých typů stejně velká a proudy, které jim odpovídají, jsou vztaženy vzorcem: Iл=1,73Iф.

Indikátory výkonu pro každý z uvažovaných obvodů budou mít stejnou velikost a rovny budou:

Celkem S = 3*Sф = 3*(Uл/√3)*I = √3*Uл*I.
Aktivní složka P = √3*Uл*I*cos φ.
Jalový výkon Q = √3*Uл*I*sin φ.

Všechny tyto hodnoty se používají k výpočtu výkonových obvodů při provozu na zátěž odpovídajícího typu.

Praktické použití obvodů zapojení do hvězdy a trojúhelníku

Profesionální elektrikáři se obvykle zabývají elektrickými obvody, které fungují na 220/380 V. To je nutí předem se rozhodnout, který obvod bude vhodný pro připojení motoru například ke konkrétní elektrické síti. Zároveň se nutně bere v úvahu jedna důležitá vlastnost elektrických pohonů.

ED se podle způsobu připojení k elektrické síti dělí na jednotky, u kterých je možné měnit pořadí spínání vinutí, a na ty, u kterých tato možnost není zajištěna. V prvním případě je na svorkovnici elektromotoru šest kontaktních bodů, pomocí kterých je možné zvolit požadované schéma zapojení. Jeho volba závisí na napětí působícím v dané elektrické síti.

Spínaná vinutí tvoří požadovaný obvod pomocí malých měděných sběrnic umístěných na svorkovnici:

Na něm je pomocí ikon C1, C2, C3, C4, C5 a C6 vyznačena korespondence počátečních a koncových bodů s polohami propojek pro dvě možnosti spínání (hvězda a trojúhelník). Někdy je umístění kontaktů a jejich korespondence s konci a začátky vinutí vyznačena na krytu svorkovnice.

Pokud jsou k němu vyvedeny pouze tři kontaktní body, znamená to, že vinutí jsou již připojena uvnitř skříně motoru. Pro provedení plánovaných komutací pak budete muset otevřít mechanismus a najít jejich konce. Poté je třeba je otevřít a zapojit podle požadovaného schématu (hvězda nebo trojúhelník).

Výběr požadovaného schématu

Volba nastává v následujících situacích:

Pokud je nutné připojit třífázový elektromotor k jednofázové síti. (Při připojování elektromotoru 3 V k jednofázové síti se používá obvod „trojúhelník“).
V případě potřeby jej připojte k obvodům s různým napájecím napětím (220/380 V).
Pokud provozní podmínky vyžadují připojení motoru k frekvenčnímu měniči.

Před připojením vinutí k sítím 220 nebo 380 V byste měli zvolit obvod, který odpovídá provoznímu napětí elektromotoru. Na typovém štítku jednotky je uvedeno konvenčním označením, například „Δ/Y 220/380“.

To znamená, že při 220 V je vybrána možnost připojení „trojúhelník“ a při 380 V „hvězda“. V případě, že má být zátěž připojena k jednofázové síti s předřadníkovým kondenzátorem, je také vybrána možnost „trojúhelník“. Pokud štítek uvádí pouze jedno napětí se specifickým označením obvodu, není v tomto produktu k dispozici možnost volby a změny způsobu připojení.

Při spouštění elektromotoru má rozběhový proud zvýšenou hodnotu, která je několikanásobně větší než jeho jmenovitá hodnota. Pokud se jedná o mechanismus s nízkou spotřebou, ochrana nemusí fungovat. Při zapnutí silného elektromotoru určitě zafunguje ochrana, která vypne napájení, což způsobí pokles napětí na nějakou dobu a spálené pojistky nebo vypnutí jističů. Elektromotor bude pracovat při nízké rychlosti, která je nižší než jmenovitá rychlost.

Je vidět, že v důsledku vysokého zapínacího proudu vzniká mnoho problémů. Je potřeba nějak snížit jeho hodnotu.

Chcete-li to provést, můžete použít několik metod:

Připojte reostat, induktor nebo transformátor pro spuštění elektromotoru.
Změňte typ připojení vinutí rotoru elektromotoru.

V průmyslu se používá hlavně druhá metoda, protože je nejjednodušší a poskytuje vysokou účinnost. Funguje zde princip přepínání vinutí elektromotoru na obvody jako hvězda a trojúhelník. To znamená, že když je motor spuštěn, jeho vinutí mají „hvězdové“ zapojení, po sadě provozních rychlostí se schéma zapojení změní na „trojúhelník“. Naučili se automatizovat tento proces přepínání v průmyslovém prostředí.

V elektromotorech je vhodné použít dva okruhy najednou – hvězdu a trojúhelník. Neutrál zdroje energie je nutné připojit k nulovému bodu, protože při použití takových obvodů existuje zvýšená pravděpodobnost zkreslení fázové amplitudy. Neutrál zdroje kompenzuje tuto asymetrii, která vzniká v důsledku rozdílných indukčních odporů vinutí statoru.

Důsledky nesprávného připojení

Pro pochopení důsledků nesprávné volby schématu zapojení vinutí pomůže srovnání výkonu rozptýleného v třífázových zátěžích. Podle uvedených vzorců se tento ukazatel dělí na plnou, aktivní a reaktivní složku.

Předpokládejme, že ve standardní třífázové síti 3 V se jako zátěž používají tři žárovky s napětím 380 V. Poté odhadneme, co se s nimi stane, pokud změníme schéma zapojení (zapojíme je do trojúhelníku místo do hvězdy).

Při zapojení do hvězdy dostává každá žárovka napětí přibližně 190 V. Výkon, který se na nich rozptýlí při jmenovitém proudu, bude také v přijatelných mezích. S tímto zapojením budou žárovky fungovat normálně po celou dobu životnosti.

Při zvažování možnosti zapojení lamp v trojúhelníku je okamžitě zřejmé, že každá z nich v třífázové síti má 380 V. I při pevné hodnotě proudu bude zátěž uvolňovat výkon 1,73krát větší než jmenovitý. Je zřejmé, že v tomto režimu žárovky nebudou fungovat příliš dlouho (jejich spirály se rychle vyhoří).

Při zapnutí jalového zatížení (například tři vinutí asynchronního elektromotoru na 220 V) se pozoruje přibližně stejný obraz. Při zapnutí do hvězdy bude elektromotor pracovat v normálním režimu a vydrží poměrně dlouho (v rámci záruční doby). Při omylem zapnutí do trojúhelníku se na každou z cívek místo vypočítaných 220 přivede 380 V, což povede k jejich rychlému vyhoření.

Související témata:

Sériové a paralelní zapojení. Použití a schémata
Kontrola vinutí motoru. Poruchy a zkušební metody
Schémata zapojení třífázového motoru. Do 3 a 1fázové sítě

Hvězda, trojúhelník, cik-cak – schémata zapojení vinutí transformátoru

Třífázový dvouvinutý transformátor má 2 třífázová vinutí – vysoké napětí (VN) a nízké napětí (NN), z nichž každé obsahuje 3 fáze (fázová vinutí).

To znamená, že třífázový transformátor má 6 nezávislých fázových vinutí a 12 svorek se svorkami a počáteční svorky fází vinutí vn jsou označeny velkými písmeny A, B, C; koncové svorky VN jsou X, Y, Z a fázové svorky vinutí NN jsou označeny malými písmeny: a, b, c a x, y, z.

Symboly různých vinutí transformátoru jsou uvedeny v pořadí klesajícího jmenovitého napětí.

Každé primární a sekundární fázové vinutí třífázového dvouvinutého výkonového transformátoru lze připojit 3 způsoby:

„hvězda“ (symbol U nebo Y) nebo „hvězda s nulou“ (Un nebo Yn nebo Yn nebo Y₀)
“trojúhelník” (D nebo Δ nebo D)
„cik-cak“ (Z) nebo „cik-cak s nulou“ (Zн nebo Zn nebo Z₀)

Ve schématech zapojení do hvězdy (Y) a klikatého (Z) můžete odvodit společný bod (neutrální), který je označen přidáním písmene „n“ k označení zapojení vinutí – Un, Zn. Pokud je neutrál vinutí zapojených do „hvězdy“ nebo „cik-cak“ vyveden na víko nádrže výkonového transformátoru, pak bude označení vypadat jako Un nebo Zn.

U/Un (Y/Yn) – hvězda – hvězda s nulou,
D/Un (D/Yн nebo Δ/Yн) – trojúhelník – hvězda s nulou
У/Zн (Y/Zн) – hvězda – klikatá s nulou.

V závislosti na schématu zapojení vinutí a pořadí, ve kterém jsou jejich začátky a konce připojeny, se získají různé skupiny připojení vinutí výkonového olejového transformátoru.

Skupiny připojení vinutí transformátoru

Spojovací skupinou vinutí transformátoru je úhlové posunutí vektorů lineárních elektromotorických sil (EMF) vinutí nízkého napětí k vektorům odpovídajících elektromotorických sil vinutí vyššího napětí.

Písmenné označení schémat připojení všech vysokonapěťových a nízkonapěťových vinutí musí obsahovat označení jejich skupiny připojení v symbolech hodin v souladu s GOST 30830.

Označení skupin připojení vinutí transformátoru v symbolech hodinek

Skupina připojení vinutí výkonového třífázového dvouvinutého transformátoru je určena úhlem posunu mezi vektory stejných lineárních EMF vinutí nejvyššího (VN) a nízkého napětí (LV).

Pro označení skupiny (úhel posunu) jsou vektory lineárního EMF přirovnány k ručičkám 12hodinového číselníku analogových hodin. Každá hodina odpovídá posunu o 30°. Vektor lineárního EMF vinutí BH je kombinován s minutovou ručičkou hodin a je neustále nehybně nastaven proti číslu 12 (0). Vektor lineárního EMF vinutí LV je zarovnán ve směru hodinových ručiček a je nastaven proti číslici hodinového ciferníku, která určuje číslo skupiny připojení vinutí, a úhel mezi šipkami se rovná úhlu posunu mezi vektory stejného lineárního EMF.

Digitální označení 12 skupin zapojení vinutí výkonových transformátorů, počínaje 0 (12 hodin), odpovídá 12 pozicím ve směru hodinových ručiček na číselníku v krocích po 30°:

Chcete-li určit posun (ve stupních) pro každou skupinu, musíte vynásobit číslo skupiny o 30°. Skupina 0 poskytne nulový posun, skupina 1 – 30°, skupina 2 – 60° atd.

Je možné získat 12 skupin zapojení vinutí třífázových transformátorů: 0., 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10. a 11. skupina.

Tyto skupiny odpovídají úhlům posunu v krocích po 30° mezi vektory stejného lineárního EMF vinutí VN a NN: 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, 180°, 210°, 240 °, 270 °, 300 ° a 330 °.

Skupina 0 – úhel posunu mezi napětím VN a NN je 0° (12 hodin – 0 hodin)
11. skupina – úhel posunu mezi napětím VN a NN je 330° (11 hodin)

Příklad symbolu pro obvod a skupinu zapojení vinutí transformátoru v značkách hodinek

Na obrázku je použit následující systém zápisu:

Schémata elektrického zapojení a schémata hodin ukazují:

nahoře – vinutí vysokého napětí (VN), označené velkými písmeny A, B, C
níže – vinutí nízkého napětí (LV), označené malými písmeny a, b, c

Napěťový vektorový diagram vinutí vyššího napětí je orientován tak, že fázový vektor „A“ se shoduje s 12 hodinami (nebo nulovými hodinami). Nízkonapěťový vektor vinutí fáze „a“ je orientován podle uvedeného schématu zapojení.

Otáčení vektorů napětí v diagramu je směrováno proti směru hodinových ručiček se sledem fází: A – B – C.

Příklad označení symbolu pro obvod a skupinu zapojení pro vinutí silového olejového transformátoru TMG 1000 kVA / 10 kV / 0,4 kV D/Un-11: transformátor o napětí 1000 kVA s vinutím vn pro napětí 10 kV, zapojené do „trojúhelníku“ – D a vinutí NN pro napětí 0,4 kV, zapojené do „hvězdy s vyvedeným neutrálem“ – Un; posun vektoru napětí NN vinutí vůči vinutí VN je 330°, což odpovídá 11 hodinám na ciferníku hodin, tzn. patří do 11. skupiny spojů vinutí.

Schémata a skupiny připojení vinutí třífázových dvouvinutých transformátorů podle GOST 11677 a GOST R 52719

GOST 11677 (článek 2.7, tabulka 3) a GOST R 52719 (Příloha B, článek B1, tabulka B.1) zajišťují výrobu třífázových dvouvinutých transformátorů s následujícími 7 obvody a 2 spojovacími skupinami vinutí: U/ Un-0, Un/U -0, U/D-11, Un/D-11, U/Zn-11, D/Un-11, D/D-0. V tomto případě je první připojení vinutí vn, druhé je připojení vinutí nn a čísla 0 a 11 jsou číslo skupiny připojení.

У/Ун-0 (Y/Yн-0) – hvězda – hvězda s nulou, skupina 0;
D/Un-11 (D/Yn-11 nebo Δ/Yn-11) – trojúhelník – hvězda s nulou, skupina 11;
У/Zн-11 (Y/Zн-11) – hvězda – klikatá s nulou, skupina 11.

Ve schématech zapojení do hvězdy a cikcaku můžete zobrazit neutrální bod (Un, Zn). V závislosti na schématu zapojení vinutí a pořadí připojení jejich začátků a konců (předpokládá se, že směr vinutí je stejný) se získají různé skupiny spojení vinutí.

Vinutí každé fáze výkonového transformátoru má začátek a konec. Obrázek ukazuje:

začátky vinutí HV jsou velkými (velkými) latinskými písmeny A, B, C a konce vinutí HV jsou X, Y, Z.
začátky vinutí LV jsou malými latinskými písmeny a, b, c a konce vinutí LV jsou x, y, z.

Vysvětlení schématu a skupiny zapojení vinutí třífázového dvouvinutého transformátoru TMG

Pro třífázové dvouvinuté transformátory jsou v souladu s GOST 11677-85 přijaty následující symboly pro obvody a skupiny připojení vinutí:

U/Un-0 (Y/Yн-0 nebo Yyn0 jsou alternativní ruská a mezinárodní označení): “hvězda – hvězda s nulou” — vinutí VN je zapojeno do hvězdy, vinutí NN je zapojeno do hvězdy s vytaženým neutrálem; skupina 0;
Un/U-0 (Yн/Y-0 nebo Yny0): “hvězda s nulou je hvězda” — vinutí VN je zapojeno do hvězdy s vyvedeným neutrálem, vinutí NN je zapojeno do hvězdy; skupina 0;
U/D-11 (Y/D-11 nebo Yd11): “hvězda-trojúhelník” — vinutí VN je zapojeno do hvězdy, vinutí NN je zapojeno do trojúhelníku; skupina 11;
Un/D-11 (Yн/D-11 nebo Ynd11): “hvězda s nulou – trojúhelník” — vinutí VN je zapojeno do hvězdy s vyvedeným neutrálem, vinutí NN je zapojeno do trojúhelníku; skupina 11;
U/Zn-11 (Y/Zн-11 nebo Yzn11): “hvězda – klikatá s nulou” — vinutí VN je zapojeno do hvězdy, vinutí NN je zapojeno cik-cak s vytaženým neutrálem; skupina 11;
D/Un-11 (D/Yn-11 nebo Dyn11): “trojúhelník – hvězda s nulou” — vinutí VN je zapojeno do trojúhelníku, vinutí NN je zapojeno do hvězdy s odstraněným neurálním drátem; skupina 11;
D/D-0 (D/D-0 nebo Dd0): “trojúhelník – trojúhelník” — vinutí VN je zapojeno do trojúhelníku, vinutí NN je zapojeno do trojúhelníku; skupina 0.

Čísla 0 a 11 v symbolech obvodu a skupiny připojení vinutí transformátoru označují skupinu připojení a nulový (neutrální) výstup je označen malým písmenem „n“ vedle označení schématu zapojení – Un (hvězda s nulou zobrazeno), Zn (cik-cak se zvýrazněnou nulou) .

Princip spojení hvězda a trojúhelník. Vlastnosti a provoz