Соединение звездой с нулевым проводом. Соединения звездой и треугольником. Разница между соединением обмотки в треугольник и звезду

Для работы электрического прибора, двигателя, трансформатора в трехфазной сети необходимо соединить обмотки по определенной схеме. Наиболее распространенными схемами соединения являются треугольник и звезда, хотя могут применяться и другие способы соединения.

Что представляет собой соединение обмоток звездой?

Трехфазный двигатель или трансформатор имеет 3 рабочих , независимых друг от друга обмоток. Каждая обмотка имеет два вывода — начало и конец. Соединение «звезда» подразумевает собой, что все концы трех обмоток соединяются в один узел, часто называемый нулевой точкой. Отсюда выходит и понятие — нулевая точка.

Начало каждой обмотки соединяются непосредственна с фазами питающей сети. Соответственно начало каждой обмотки соединяется с одной из фаз А, В, С. Между любыми двумя началами обмоток прилаживается фазное напряжение питающей сети, зачастую 380 или 660 В.

Что представляет собой соединение обмоток в треугольник?

Соединение обмоток в треугольник заключается в соединении конца каждой обмотки с началом следующей. Конец первой обмотки, соединяется с началом второй. Конец второй — с начало третей. Конец третей обмотки создает электрический контур, поскольку замыкает электрическую цепь.



При таком соединении к каждой обмотки прилаживается линейное напряжение, обычно равное 220 или 380 В. Такое соединение физически реализуется с помощью металлических перемычек, которые должны быть предусмотрены заводской комплектацией электрического оборудования.

Разница между соединением обмотки в треугольник и звезду

Основная разница заключается в том, что, используя одну питающую сеть, можно достигать разных параметров электрического напряжения и тока в приборе или аппарате. Конечно, данные способы соединения отличаются реализацией, но важна именно физическая составляющая отличия.

Наиболее часто применяется соединение обмоток в звезду, что объясняется щадящим режимом для электрического привода или трансформатора. При соединении обмоток в звезду, ток протекающий по обмоткам имеет меньшие значение нежели при соединении в треугольник. В тот момент, как напряжение больше на величину корня из 1,4.

Применение способа соединения треугольник, зачастую используется в случаях мощных механизмов и больших пусковых нагрузок. Имея большие показатели тока, протекающего по обмотки, двигатель получает большие показатели ЕДС самоиндукции, что в свою очередь гарантирует больший вращающий момент. Имея большие пусковые нагрузки и одновременно используя схему соединения звезда, можно нанести урон двигателю. Это связано с тем, что двигатель имеет меньшие значение тока, что приводит к меньшим показателям величины вращающегося момента.

Момент пуска такого двигателя и выход его на номинальные параметры может быть продолжительным, что может привести к тепловому воздействию тока, которые во время коммутации может превышать номиналы тока в 7-10 раз .

Преимущества соединения обмоток в звезду

Основные преимущества соединения обмоток в звезду заключаются в следующем:

• Понижения мощности оборудования с целью повышения надежности.
• Устойчивый режим работы.
• Для электрического привода такое соединение дает возможность плавного пуска.

Некоторое электрическое оборудование, которое не предназначены для работы на других способах соединения, имеет внутренне соединение концов обмоток. На клеммник выводится лишь три вывода, которые представляют собой начало обмоток. Такое оборудование легче в подключении и может монтироваться в отсутствии грамотных специалистов.

Преимущества соединения обмоток в треугольник

Основными преимуществами соединения обмоток в треугольник являются:

1. Повышения мощности оборудования.
2. Меньшие пусковые токи.
3. Большой вращающийся момент.
4. Увеличенные тяговые свойства.

Оборудование с возможностью переключения типа соединения со звезды на треугольник

Зачастую электрическое оборудование имеет возможность работать как на звезде, так и на треугольнике. Каждый пользователь должен самостоятельно определить необходимость соединения обмоток в звезду или треугольник.

В особо мощных и сложных механизмах, может применяться электрическая схема с комбинированием треугольника и звезды . В таком случае, в момент пуска, обмотки электрического двигателя соединяются в треугольник. После выхода двигателя на номинальные показатели, с помощью релейно-контакторной схемы треугольник переключается на звезду. Таким способом достигается максимальная надежность и продуктивность электрической машины, без риска нанести ей урон или вывести её из строя.

Посмотрите так-же интересное видео на эту тему:

Наиболее распространенный вопрос у начинающих изучения устройства трансформаторов или иных электротехнических устройств это «Что такое звезда и треугольник?». Чем же они отличаются и как устроены, попробуем разъяснить в нашей статье.

Рассмотрим схемы соединений обмоток на примере трехфазного трансформатора. В своем строении он имеет магнитопровод, состоящий из трёх стержней. На каждом стержне есть две обмотки - первичная и вторичная. На первичную подается высокое напряжения, а со вторичной снимается низкое напряжение и идет к потребителю. В условном обозначении схема соединений обозначается дробью (например, Y⁄∆ или Y/D или У/Д), значение числителя - соединение обмотки высшего напряжения (ВН), а значение знаменателя - низшего напряжения (НН).

Каждый стержень имеет как первичную обмотку так и вторичную (три первичных и три вторичных обмотки). У каждой обмотки есть начало и конец. Обмотки можно соединить между собой способом звезда или треугольник. Для наглядности обозначим вышеперечисленное схематически (рис. 1)

При соединении звездой, концы обмоток соединяются вместе, а из начал идут три фазы к потребителю. Из вывода соединений концов обмоток, выводят нейтральный провод N (он же нулевой). В итоге получается четырёх - проводная, трёхфазная система, которая часто встречается вдоль линий воздушных электропередач.(рис. 2)

Преимущества такой схемы соединения в том, что мы можем получить 2 вида напряжения: фазное (фаза+нейтраль) и линейное. В таком соединении линейное напряжение больше фазного в √3 раз. Зная, что фазное напряжение дает нам 220В, то умножив его на √3 = 1,73, получим примерно 380В - напряжение линейное. Но что касается электрического тока, то в этом случае фазный ток равен линейному, т.к. что линейный, что фазный токи одинаково выходят из обмотки, и другого пути у него нет. Так же стоит отметить что только в соединении звезда имеется нейтральный провод, который является «уравнителем» нагрузки, чтобы напряжение не менялось и не скакало.

Рассмотрим теперь соединение обмоток треугольником. Если мы конец фазы А, соединим с началом фазы В, конец фазы В соединим с началом фазы С, а конец фазы С соединим с началом фазы А, то получим схему соединения обмотки треугольником. Т.е. в этой схеме обмотки соединены последовательно. (рис. 3)

В основном такая схема соединения применяется для симметричной нагрузки, где по фазам нагрузка не изменяется. В таком соединении фазное напряжение равно линейному, а вот электрический ток, наоборот, в такой схеме разный. Ток линейный больше фазного тока в √3 раз. Соединение обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой

последовательности. Простыми словами, схема соединения треугольником обеспечивает сбалансированное напряжение.

Подведем итоги. Для базового определения схем соединения обмоток силовых трансформаторов, необходимо понимать, что разница между этими соединениями состоит в том, что в звезде все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной (нейтральной) точке, а в треугольнике обмотки соединены последовательно. Соединение звезда позволяет нам создавать два вида напряжения: линейное (380В) и фазное (220В), а в треугольнике только 380В.

Выбор схемы соединения обмоток зависит от ряда причин:

• Схемы питания трансформатора
• Мощности трансформатора
• Уровня напряжения
• Асимметрии нагрузки
• Экономических соображений

Так например, для сетей с напряжением 35 кВ и более выгодно соединить обмотку трансформатора схемой звезда, заземлив нулевую точку. В данном случае получится, что напряжение выводов трансформатора и проводов линии передачи относительно земли будет всегда в √3 раз меньше линейного, что приведёт к снижению стоимости изоляции.

На практике чаще всего встречаются следующие группы соединений: Y/Y, D/Y, Y/D.

Группа соединений обмоток Y/Y (звезда/звезда) чаще всего применяется в трансформаторах небольшой мощности, питающих симметричные трёхфазные электроприборы/электроприемники. Так же иногда применяется в схемах большой мощности, когда требуется заземление нейтральной точки.

Группа соединения обмоток D/Y (треугольник/звезда) применяется, в основном в понижающих трансформаторах больших мощностей. Чаще всего трансформаторы с таким соединением работают в составе систем питания токораспределительных сетей низкого напряжения. Как правило, нейтральная точка звезды заземляется, для использования как линейного, так и фазного напряжений.

Группа соединений обмоток Y/D (звезда/треугольник) используется, в основном, в главных трансформаторах больших силовых станций и подстанций, не служащих для распределения.

В трехфазных цепях обычно применяется два типа соединения обмоток трансформаторов, электрических приёмников и генераторов. Одно из этих соединений носит название звезда, другое - треугольник. Рассмотрим подробнее, что это за соединения и чем они отличаются друг от друга.

Определение

Соединение в звезду подразумевает под собой такое соединение, в котором все рабочие концы фазных обмоток объединяются в один узел, называемый нулевой или нейтральной точкой и обозначается буквой O.

Соединение в треугольник представляет собой схему, при которой фазные обмотки генератора соединяются таким образом, что начало одной из них соединяется с концом другой.

Сравнение

Различие в указанных схемах состоит в соединении концов обмоток генератора электродвигателя. В схеме «звезда» , все концы обмоток соединяются вместе, тогда как в схеме «треугольник» конец одной фазной обмотки монтируется с началом следующей.

Кроме принципиальной схемы сборки, электродвигатели с фазными обмотками, соединенными звездой, функционируют значительно мягче, чем двигатели, имеющие соединение фазных обмоток в треугольник. Но при соединении звездой электродвигатель не имеет возможности развивать свою полную паспортную мощность. Тогда как, при соединении фазных обмоток в треугольник двигатель всегда работает на полную заявленную мощность, которая почти в полтора раза выше, чем при соединении в звезду. Большим недостатком соединения треугольником являются очень большие величины пусковых токов.

Выводы сайт

1. В схеме соединения звезда концы обмоток монтируются в один узел.
2. В схеме соединения треугольник конец одной обмотки монтируется с началом следующей обмотки.
3. Электродвигатель с обмотками, соединенными звездой работает более плавно, чем двигатель с соединением в треугольник.
4. При соединении звездой мощность двигателя всегда ниже паспортной.
5. При соединении в треугольник мощность двигателя почти в полтора раза выше, чем при соединении в звезду.

Л6 Трехфазные токи

Применение однофазных систем для передачи большого количества энергии на значительные расстояния вызвало необходимость удешевления стоимости электрических линий. Кроме того, однофазные двигатели не имели начального пускового момента и не соответствовали требованиям промышленного электропривода. Поэтому использование однофазных систем ограничивалось электроосветительными установками. В связи с этим проблема передачи энергии превратилась в комплексную: необходимо было одновременно разработать схему экономичной электропередачи высокого напряжения и надежную простую конструкцию электродвигателя, удовлетворяющего требованиям промышленного электропривода.

В разработке этой проблемы принимали участие ученые и инженеры разных стран. Однако выдающихся результатов добился М. О. Доливо-Дорбровольский, придавший своим исследованиям практический характер. Он по праву считается основоположником создания трехфазной техники.

Трехфазные системы имеют следующие преимущества перед однофазными:

Экономия до 25% цветных металлов на сооружение линий электропередачи.

Возможность применения трехфазных асинхронных двигателей, простых по конструкции и надежных в эксплуатации.

Наличие двух эксплуатационных напряжений при четырехпроводной системе, полученной в случае соединения звездой.

Трехфазную систему можно рассматривать как частный случай многофазной. Под многофазной системой подразумевают совокупность нескольких цепей, в которых одновременно действуют Э.Д.С., имеющие одинаковою частоту и амплитуду, но сдвинутых между собой по фазе. В трехфазной системе связаны вместе пары цепи, в каждой из которых генерируется равная по амплитуде синусоидальная Э.Д.С. одной и той же частоты, но сдвинутая по фазе относительно Э.Д.С., в других цепях на 1/3 периода.

Получение трехфазного тока

Схема простейшего генератора трехфазного тока показана на рис. 3.1.

Рис.3.1. схема генератора трехфазного тока

На оси жестко закреплены три одинаковые катушки (обмотки), плоскости которых сдвинуты относительно друг друга на 120°. При вращении системы этих катушек в однородном магнитном поле с постоянной угловой скоростью со, в каждой из них индуктируется переменная синусоидальная Э.Д.С. Амплитудные значения и частота этих Э.Д.С. будут одинаковы, но по фазе Э.Д.С. сдвинуты относительно друг друга на 1/3 периода, в силу того, что следующая катушка занимает в пространстве положение предыдущей спустя 1/3 оборота. Начало обмоток трехфазного генератора принято обозначать буквами А, В, С, а соответствующие им концы - X, Y, Z. Принимая за начало отсчета времени момент, когда Э.Д.С. в обмотке А-Х равна нулю можно записать следующие зависимости:

(3.1)

Соответствующие системе уравнений графики е(t) показаны на рис.3.2.

Рис.3.2. кривые Э.Д.С. трехфазной системы

В комплексной форме система уравнений (4.1) запишется в виде:

(3.2)

Трехфазная система в которой Э.Д.С. во всех фазах одинаковы и угол между ними равен 120°, называется симметричной. Для симметричной системы Е А = E В = Е С = Е ф .

Векторная диаграмма Э.Д.С. (рис.3.3.) представляет собой симметричную трехлучевую звезду.

Рис.3.3. Векторы фазных Э.Д.С. трехфазной системы

При расчете трехфазных цепей используют фазовый оператор .

Основное свойство фазового оператора:

Уравнение (3.3) можно переписать в виде (1+а+а 2)=0.

С использованием фазового оператора система уравнений (3.2) запишется следующем образом:

(3.4)

Для симметричной системы, используя уравнение (3.3)

Е А +Е В +Е С =Е А + а 2 Е В + аЕ С = Е ф (1+а 2 + а)=0 .

Очередность, в которой фазовые Э.Д.С. достигают максимального значения, называется порядком чередования фаз. В рассмотренном случае за фазой А следует фаза В, затем - фаза С. Такой порядок чередования фаз называется прямой. Для получения обратного порядка чередования фаз (А, С, В) достаточно изменить направление вращения катушек (рис. 3.1).

Соединения звездой и треугольником

Существуют два основных способа соединения обмоток генераторов и приемников в трехфазных цепях: соединение звездой и треугольником (рис.3.4. и рис.3.5.)

Рис.3.4. Трехфазная система, соединенная по схеме звезды

Рис.3.5. Трехфазная система, соединенная по схеме треугольник

При соединении звездой (рис. 3.4.) все концы (Х, У, Z) фазных обмоток генератора соединяют в одну общую точку. Общие точки генератора и приемника называют нулевой точкой генератора (0) и нулевой точкой приемника (О /), а соединяющий их провод - нулевым или нейтральным. Провода, соединяющие обмотки генератора с приемником называют линейными. При соединении треугольником (рис. 3.5.) фазные обмотки генератора соединяют последовательно так, чтобы начало одной обмотки соединялось с концом другой. При таком соединении фазные Э.Д.С. направлены одинаково и, следовательно, внутри треугольника генератора действует их алгебраическая сумма. При постоянном токе такое последовательное соединение источников в замкнутом контуре вызвало бы большой ток короткого замыкания. Но в трехфазной системе в любой момент времени e А +e В +e С =0 (рис. 3.2.). Поэтому никакого внутреннего уравнительного тока в треугольнике, образуемом обмотками генератора, не возникает.

Общие точки каждой пары фазных обмоток генератора и общие точки каждой пары ветвей приемника соединяются проводами, которые называются линейными. Схемы соединения обмоток источников питания и приемников не зависят друг от друга. Лучи звезды или ветви треугольника приемника называют фазами приемника, а сопротивления фаз приемника - фазными сопротивлениями. Э.Д.С., наводимые в фазных обмотках генератора, напряжения на фазах приемника и токи в фазах называют, соответственно, фазными Э.Д.С., напряжениями и токами (E Ф,U Ф, I Ф). Напряжения между линейными проводами и токи в них называют линейными напряжениями и токами (U л, I л). При соединении фаз звездой линейные и фазные токи равны I л =I Ф. При соединении фаз треугольником линейное напряжение между проводами равно фазному напряжению U л =U Ф.

Положительное направление токов во всех линейных проводах берется от источника питания к приемнику, а в нейтральном проводе - от нейтральной точки приемника к нейтральной точке источника питания. Положительные направления Э.Д.С. в ветвях треугольника источника питания выбирают в направлении А С В А, а напряжений и токов в ветвях треугольника нагрузки - в направлении А В С А (рис. 3.5.). Трехфазный приемник называют симметричным, если комплексные сопротивления всех фаз одинаковы. В противном случае он называются несимметричным.

Если симметричный приемник подключен к симметричной системе Э.Д.С., то получается симметричная система токов.

Режим работы трехфазной цепи, при котором трехфазные системы напряжений и токов симметричны, называется симметричным режимом.