Звезда и треугольник. Подключение двигателей.

Произошёл тут такой случай. Принёс человек в ремонт новый двигатель, который проработал у него 10 секунд и задымил. Двигатель он подключил треугольником в обычную трехфазную сеть, а на шильдике двигателя есть схема, на которой написано: треугольник - 230 В. звезда - 400 В. В общем, подключил он неправильно, потому двигатель и сгорел.

Для тех, кто не понимает, почему нельзя делать так, как сделал сделал тот товарищ, спаливший двигатель, предназначена эта статья. 

Однофазные и трёхфазные электрические сети

В мире распространение имеют однофазные и трёхфазные электрические сети.

Напряжение однофазной сети представляет собой синусоиду:

Полное амплитудное напряжение превышает фазное, отличающееся от него в √2/2 раз, т.е.
311.1 х √2/2 = 220,
325.3 х √2/2 = 230,
169.7 х √2/2 = 120.

В трёхфазной сети фазы сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Линейное напряжение выше фазного в √3 раз, т.е. примерно в 1.73 раза, следовательно,
220 х √3 = 380,
230 x √3 = 400,
380 x √3 = 660,
400 x √3 = 690,
120 x √3 = 208,
277 х √3 = 480.

Линейное напряжение трёхфазной сети - это межфазное напряжение, именно оно обозначается на шильдиках двигателей. Фазное напряжение (между фазой и нейтралью) на шильдиках не обозначается.

Одновременно с этим, условно говоря, вы можете считать, что на шильдике обозначено фазное напряжение, но только в том случае, если собираетесь подключать двигатель только к одной фазе через конденсатор.  

Подключение двигателей

Вот всем известные схемы подключения треугольником (D) и звездой (Y):

Всего с двигателя выходит 6 проводов: это начала трёх обмоток и их концы. Места соединений обмоток на схеме выше обозначены точками A, B, C и 0 (последний - только для звезды). В клеммной коробке шесть указанных клемм располагают в два ряда по три клеммы, причём клеммы начала и концов обмоток не находятся параллельно друг другу, а расположены так, чтобы было удобнее подключать треугольником (т.е. соединять начала одних обмоток с концами других):

Некоторые граждане иногда подключают нейтральный провод к нулевой точке при подключении двигателя звездой. Ничего хорошего от этого нет, делать так не нужно.

Итак, как же подключить двигатель - звездой или треугодником? На самом деле, важно  тут только то, какое напряжение вы подаёте на обмотки двигателя. Будет ли это напряжение получаться как межфазное (треугольник) или как фазное (между фазой и нулевой точкой - звезда) - двигателю это совершенно неважно.

 

Пример, для двигателя мощностью 1.1 кВт с номинальным напряжением обмотки 220 В. РИСУНОК СЛЕВА - это для РОССИИ, где 380 В 50 Гц, т.е. 220В на фазу,  а справа - это для стран, где трёхфазное напряжение 220 В, 50 Гц (или 127 В на фазу):


Для такого двигателя на шильдике будет написано: D/Y 220V / 380V, 4.9А / 2.8А. Соответственно, в этих двух случаях отличаются только токи в проводниках, ведущих к двигателю (именно они указаны на шильдике, в то время как ток на обмотке будет одинаковый, что видно на рисунке сверху). Следовательно, для России (линейное напряжение 400 В) для такого двигателя надо использовать схему подключения звезда.

Как видно по рисунку выше, при подключении к сети с большим напряжением токи в проводниках ниже (2.8A vs. 4.85A), поэтому, в случае использования преобразователя частоты переменного тока (ПЧ) для управления двигателем D/Y 230V / 400V, лучше применять схему подключения звезда и выставлять в настройка ПЧ напряжение двигателя 400В.

Теперь логичный вопрос: если двигателю нет разницы по какой схеме он будет подключен, а важно лишь напряжение на обмотках, то зачем вообще делать двигатели с разным номинальным напряжением на этих самых обмотках?

 

Ответ такой: двигатель должен соответствовать требованиям конкретной ситуации, а требоваться может следующее:

1. ВОЗМОЖНОСТЬ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ТРЁХФАЗНОЙ СЕТИ
В трёхфазную сеть можно подключить двигатель, номинальное напряжение обмоток которого равно либо фазному напряжению сети (звездой), либо линейному (треугольник).

2. ВОЗМОЖНОСТЬ ВКЛЮЧЕНИЯ В БЫТОВУЮ ОДНОФАЗНУЮ СЕТЬ
Для правильного подключения двигателя в однофазную сеть через конденсатор требуется, чтобы номинальное напряжение обмотки двигателя соответствовало фазному напряжению сети.

3. ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК
Для двигателей со свободной нагрузкой на валу наиболее дешевым способом плавного пуска при подключении в трёхфазную сеть является пуск "звездой" с последующим переключением на "треугольник". Номинальное напряжение обмотки должно быть равно линейному напряжению сети. Т.е. сначала подается более низкое фазное напряжение (звезда - между фазой и нулевой точкой), а затем происходит переключение на треугольник, т.е. начинает подаваться межфазное напряжение, соответствующее номиналу двигателя.

Если составить таблицу по всем трём пунктам для трёхфазной сети 400В 50Гц (Россия, Европа, Китай), то будет она выглядеть так:

Аналогичная таблица для сети 208В 60Гц (США, Тайвань, Япония):

Как видим, сделать универсальный двигатель, который и в одну фазу, и в три фазы можно подключать, да еще и сделать переключение звезда-треугольник никак не получится. Т.е. нужно от чего-то отказаться: либо от возможности эксплуатации двигателя на одной фазе через конденсатор, либо от возможности плавного пуска через звезду-треугольник.

 

По указанной причине производители условно делят все двигатели на две категории:

1. Маломощные (менее 4 - 5 кВт), преимущественного бытового назначения, для которых может возникнуть потребность подключения к однофазной сети (не у каждого дома есть трёхфазная розетка). В России это двигатели D230V / Y400V.

2. Двигатели мощностью более 5 кВт, которые не имеют бытового назначения, а потому для них нет потребности подключения в однофазную сеть, но зато для них может возникнуть потребность переключения со звезды на треугольник при пуске. В России такими двигателями являются D400V / Y690V. Ну, и кроме того, такие двигатели можно подключать к промышленным сетям 690В, организация которой позволит экономить на прокладке кабеля, поскольку, как уже было показано выше, токи в проводниках будут ниже для сетей с более высоким напряжением.

Двигатели малой мощности 

D 230V / Y 400V

Если двигатель имеет небольшую мощность (до 4 - 5 кВт), то его обычно делают с расчётом на возможность подключения к однофазной сети. Т.е. в трёхфазную сеть его подключают звездой, а в однофазную - треугольником через фазосдвигающий конденсатор. Для последнего случая также может использоваться пусковой конденсатор (отключается сразу после запуска). Выглядит это так:

Для того, чтобы двигатель можно было так подключить в однофазную сеть, его номинальное напряжение каждой обмотки должно быть равно фазному напряжению сети. Это значит, что если двигатель планируется использовать в России или Европе, то номинальное напряжение обмотки должно быть равно 230 В. В таком случае этот двигатель можно будет использовать как в трёхфазной сети с линейным напряжением 400 В (подключение звезда), так и в однофазной сети 230 В (подключение треугольником через конденсатор). Это те самые двигатели, где на шильдике написано напряжение D 220V / Y 380V. 

Соответственно, если нужно такой двигатель использовать в стране с более низким линейным напряжением, например, в США (где линейное напряжение 208 В, а фазное - 120 В), то по-нормальному подключить такой двигатель в их однофазную сеть через конденсатор не получится, но можно подключить в их двухфазную сеть 240 В, если таковая имеется.

D 115V / Y 208-230V

Одновременно с этим, маломощные двигатели, предназначенные для стран, где стандартное напряжение ниже, чем у нас, будут подключаться как D 127V / Y 220V. Однако,  двигатели с такой надписью на шильдике вы вряд ли найдёте, потому что 127 В, 50 Гц - это очень малораспространённое напряжение в мире (см. тут). Поэтому, скорее всего, вам встретится двигатель с шильдиком, где будет указано напряжение D 115V / Y 208-230V.

Подключить такой двигатель к стандартной российской трёхфазной сети (все три фазы) можно только через преобразователь частоты переменного тока, поскольку на них есть возможность переключения линейного напряжения на выходе: 230 / 400 В.
В однофазную сеть можно подключить звездой через конденсатор. Тогда напряжение, подаваемое на каждое обмотку, будет составлять половину фазного напряжения сети (230 В / 2 = 115 В). Выглядит это вот так:

Двигатели мощности более 5 кВт 

D 400V / Y 690V

Для двигателей мощнее 5 кВт обычно не предусматривают возможность подключения в однофазную сеть, т.е. номинальное напряжение обмоток делают такое, которое соответствует линейному напряжению. Т.е. штатной схемой подключения таких двигателей в трёхфазную сеть является треугольник. В России и Европе это двигатели с номинальным напряжением обмоток 400В, т.е. где на шильдике написано D 400V / Y 690V.

Для определённых задач, где на валу двигателя находится свободная нагрузка (системы вентиляции, осевые насосы), ну, и вообще те задачи, где возможно регулирование скорости вращения вала только лишь напряжением (трансформатором), часто используют схему подключения "звезда" при старте с последующим переключением на "треугольник". Т.е. при старте на обмотку подаётся заниженное напряжение 230В вместо номинальных 400В, а затем происходит переключение на штатный режим (т.е. на треугольник). Из-за свободной нагрузки на валу момент вращения при старте на низком напряжении также будет ниже, т.е. пусковой ток будет не столь высок, как при старте на номинальном напряжении. Поэтому такой пуск двигателя называют "щадящим".

Следует помнить, что для нагрузок, требующих большого момента при запуске, подобный режим приведет напротив, к возрастанию тока в обмотках и последующим неприятным событиям.

Кроме того, надо иметь ввиду, что подключение двигателей даже со свободной нагрузкой на валу звездой для "щадящего старта" вовсе не означает, что если по такой схеме постоянно эксплуатировать двигатель (не переходя на треугольник), то такой режим станет "щадящим" для него. Низкий момент при старте ещё не означает, что заниженное напряжение годится для его нормальной работы, поскольку сам двигатель (со своими номинальными характеристиками) обычно как раз и подбирается под конкретную нагрузку. Поэтому постоянная эксплуатация двигателей на напряжении ниже номинального иногда приводит к их выходу из строя. Чтобы не было неприятностей двигатель всегда надо эксплуатировать на номинальном напряжении, а если требуется снизить обороты вращения вала, то тогда нужно использовать редукторы или преобразователи частоты переменного тока, а не пытаться решить вопрос самым дешёвым способом. К слову сказать, частотник тоже меняет не только частоту тока, но и напряжение, однако, он это делает с умом.

D 220V / Y 440V, D 277V / Y 480

Двигатели мощностью выше 5 кВт, изготовленные в США, будут иметь номинальное напряжение обмотки 277 В, поскольку там распространены промышленные сети 480 В, ну а в Тайване аналогичные двигатели будут иметь номинал в 220 В. К российской трёхфазной сети 400 В подключаются они звездой, а к российской однофазной сети через конденсатор - треугольником. Касательно величин напряжения, есть двигатели, где более подробно расписано подключение для сетей 50 Гц и 60 Гц, например вот так: