Zapojení asynchronního elektromotoru pomocí zapojení hvězda-trojúhelník – články

Asynchronní elektromotor je jednou z klíčových součástí moderních průmyslových a domácích systémů. Jeho hlavní funkcí je přeměna elektrické energie na mechanickou práci. Vysoká spolehlivost, jednoduchá konstrukce a hospodárnost učinily tento typ motoru velmi oblíbeným. Při jeho provozu však mohou nastat určité potíže, zejména vysoké startovací proudy. Když je motor přímo připojen k síti, mohou být tyto proudy 10–20krát vyšší než jmenovitá hodnota. Tím dochází k výraznému zatížení (úbytku napětí) elektrické sítě a spínacího zařízení, což způsobuje riziko poškození, zejména při častých startech nebo v případě motorů s vysokým výkonem.

Problémy spojené s vysokými zapínacími proudy

• Přetížení výkonových transformátorů, které může způsobit přehřátí nebo nouzové vypnutí.
• Snížení síťového napětí, které negativně ovlivňuje provoz jiných zařízení.
• Rychlé opotřebení spínacích prvků, jako jsou stykače nebo spínače.
• Nebezpečí poškození vinutí motoru v důsledku nadměrného tepla.

Ke snížení těchto rizik existuje několik metod pro omezení zapínacích proudů, z nichž nejoblíbenější je použití spojení hvězda-trojúhelník.

Co je to obvod hvězda-trojúhelník?

Zapojení hvězda-trojúhelník je technika pro snížení startovacích proudů změnou způsobu připojení vinutí motoru. Nejprve jsou vinutí zapojena do hvězdy, což umožňuje snížit proud na 3násobek jmenovité hodnoty. Jakmile motor dosáhne určité rychlosti, vinutí se přepne na trojúhelníkový obvod, který poskytuje maximální výkon.

Tento obvod je účinný, ale je použitelný pouze pro motory, které toto spínání podporují. K tomu je nutné, aby připojovací skříň motoru měla šest svorek, které umožňují změnu konfigurace připojení. Níže uvedený obrázek ukazuje, jak taková krabice vypadá:

Stanovení parametrů motoru

Pokud není připojovací skříňka přístupná, informace o podpoře hvězda-trojúhelník naleznete na typovém štítku motoru. Obsahuje údaje o jmenovitém napětí a proudu v každém režimu. Například zapojení do hvězdy má obvykle jmenovité napětí 690 V a výrazně nižší jmenovitý proud než zapojení 400 V do trojúhelníku.

• První fáze: startování motoru v hvězdicovém okruhu, což snižuje startovací proud.
• Druhá fáze: po 5–10 sekundách (v závislosti na mechanismu a setrvačnosti) se vinutí přepne na obvod „trojúhelník“. Tím je zajištěn plný výkon motoru.

Schéma zapojení

Pro realizaci obvodu hvězda-trojúhelník se používá spínací zařízení, které se skládá ze tří stykačů, tepelného relé a časového relé. Níže je schéma zapojení:

Princip činnosti obvodu

• Po stisku tlačítka „Start“ (S2) se přivede napájení do stykače K1 a K3, který uzavře vinutí v obvodu „hvězda“. Zároveň se aktivuje časové relé K4, které začne odpočítávat čas.
• Po stanovené době (obvykle 5–10 sekund) relé K4 vypne stykač K3 a zapne stykač K2, čímž přepne vinutí do trojúhelníkového obvodu.
• Pro zastavení motoru stiskněte tlačítko „Stop“ (S1), čímž se otevře napájecí obvod.

Blokovací kontakty K2.2 a K3.2 zajišťují ochranu před současnou aktivací stykačů K2 a K3, která by mohla vést ke zkratu.

Výhody a omezení

• Snížení startovacího proudu.
• Snížené mechanické zatížení motoru a připojeného zařízení.
• Snadná implementace, pokud máte vhodné spínací zařízení.

• Nevhodné pro motory s pevnou konfigurací vinutí (t.j. 3 vodiče vycházejí z vinutí do spojovací krabice).
• Vyžaduje dodatečné náklady na časová relé a stykače.
• Při přechodu z hvězdy do trojúhelníku jsou možné mechanické vibrace.
• Není možné snížit rozběhový proud blízko jmenovitému.

Závěr

Obvod hvězda-trojúhelník je účinný způsob, jak snížit startovací proudy a chránit elektrickou síť před přetížením. Jeho použití umožňuje prodloužit životnost zařízení a zajistit stabilní provoz systému. Důležité je zvolit správné parametry časového relé (nespínat příliš brzy, ale ani nezdržovat) a zajistit správné seřízení obvodu, aby nedošlo k poškození motoru nebo spínacího zařízení. Ale pro případy, kdy je potřeba omezit rozběhový proud blízko jmenovité hodnoty, je nutné použít frekvenční měnič. Velmi často se používají při spouštění motorů z generátorů (dieselových nebo benzinových).

Asynchronní motory mají mnoho výhod, mezi které patří vysoký výkon, provozní spolehlivost, relativně nízká cena a nízké nároky na údržbu a opravy. Asynchronní motory navíc docela dobře snášejí mechanické zatížení. Všechny tyto výhody jsou způsobeny jednoduchostí designu. Ale i přes širokou škálu výhod lze identifikovat i některé slabiny. V praxi lze při připojení motoru využít jeden ze dvou třífázových způsobů připojení k elektrické síti. Tyto metody zahrnují spojení hvězda nebo trojúhelník. Při připojení třífázového motoru hvězdicovou metodou jsou konce statorových vinutí spojeny v jednom bodě. Třífázové napětí je v tomto případě přiváděno na začátek vinutí.

Při připojení třífázového motoru pomocí metody “trojúhelník” Statorová vinutí jsou zapojena jedno po druhém v sekvenčním pořadí. Začátek dalšího vinutí je spojen s koncem předchozího atd. Pokud provedeme praktickou analýzu teoretických a technických základů elektrotechniky, je zřejmé, že elektromotory pracující na hvězdicovém okruhu se spouštějí plynuleji a fungují plynuleji ve srovnání s motory zapojenými do trojúhelníkového obvodu. Ale zároveň asynchronní motory s vinutím zapojeným způsobem „trojúhelník“ získávají podstatně větší výkon. Toho nelze dosáhnout hvězdicovým zapojením. Při zapojení do trojúhelníku je elektromotor schopen pracovat na maximální výkon uvedený v technických specifikacích. Je třeba poznamenat, že startovací proudy zde budou mít vysoké hodnoty. Porovnáme-li provoz elektromotorů zapojených podle různých obvodů, můžeme dojít k závěru, že s trojúhelníkem je výkon dodáván jedenapůlkrát vyšší než při zapojení do hvězdy. Vezmeme-li výše uvedené informace jako základ, pro snížení proudů během spouštění je logické použít připojení vinutí v kombinovaný obvod hvězda-trojúhelník. Tento typ připojení je zvláště důležitý pro vysoce výkonné asynchronní motory. Při použití obvodu hvězda-trojúhelník probíhá přímé spouštění jako hvězda a po nabrání rychlosti se automaticky přepne na obvod trojúhelník.
Můžete také použít jiný řídicí obvod asynchronního motoru, který je následující.
Rozpínací (normálně sepnutý) kontakt časového relé K1 a také rozpínací kontakt relé K2 v obvodu cívky zkratovacího spouštěče jsou napájeny napájecím napětím. Po zapnutí zkratového spouštěče rozpojí normálně zavřené zkratové kontakty obvod cívky spouštěče K2. Kontakt K3 v silovém obvodu startovací cívky K1 se sepne. Když se magnetický startér K1 spustí, jeho cívky v silovém obvodu sepnou kontakty K1. Během stejné doby je sepnuto časové relé. Kontakt tohoto relé K1 v obvodu startovací cívky K3 se rozepne. A v okruhu startovací cívky K2 se uzavře. Když je vinutí spouštěče K3 vypnuto, kontakt K3 v obvodu K2 se sepne. Po zapnutí K2 se otevře napájecí obvod cívky startéru K3. Třífázové napájecí napětí bude přivedeno na začátek každého vinutí W1, U1 a V1 díky silovým kontaktům spouštěče K1. Po spuštění magnetického spouštěče K3 dojde v důsledku jeho kontaktů ke zkratu, poté musí být konce každého vinutí motoru W2, V2 a U2 vzájemně spojeny. Takto jsou vinutí zapojena do hvězdicového typu. Po určité době sepne časové relé s magnetickým startérem K1, poté se magnetický startér K3 vypne a K2 zapne. Napájecí kontakty K2 se sepnou a napájení půjde na konce každého vinutí motoru. Motor začne pracovat v trojúhelníkovém vzoru. Pro spuštění elektromotoru hvězda-trojúhelník mají různí výrobci speciální spouštěcí relé. Viz obrázek níže pro typický spouštěcí obvod hvězda-trojúhelník.
Pro snížení startovacích proudů musí být elektromotor spuštěn v určitém pořadí:

1. Při nízkých rychlostech pomocí hvězdicového připojení;
2. Přechod na schéma „trojúhelník“.

První rozběh do trojúhelníku vytvoří maximální zatížení a další zapojení do hvězdy s nižším rozběhovým momentem bude pokračovat v činnosti ve jmenovitém režimu. Při zvýšení otáček motoru dojde automaticky k přechodu na zapojení do trojúhelníku. Je důležité pochopit, že zatížení vytvořené na hřídeli před spuštěním ovlivní útlum při připojení do hvězdy. Na základě toho je nepravděpodobné, že tento způsob startování je vhodný pro motory s vysokým zatížením, protože za takových podmínek ztrácejí svůj výkon.

Na závěr se podívejme na hlavní výhody a nevýhody jednotlivých způsobů připojení.

Výhody hvězdicového zapojení:

• Stabilita a schopnost provozovat motor po dlouhou dobu;
• Vysoká úroveň spolehlivosti a životnosti díky sníženému výkonu elektromotoru;
• Maximálně hladký start elektrického pohonu;
• Možná tolerance pro krátkodobé přetížení;
• Přehřívání skříně motoru je vyloučeno.

Existují typy zařízení, ve kterých jsou konce vinutí spojeny interně. K bloku jsou připojeny pouze tři piny a není možné použít jiný typ zapojení. Elektroinstalace tohoto typu nevyžadují pro připojení práci odborníka.

Výhody připojení elektromotoru pomocí typu „delta“:

• Možnost zvýšení úrovně výkonu elektromotoru na maximální úrovně;
• Použití reostatu pro startování;
• Zvýšený točivý moment;
• Vysoké tažné síly.

Zvláštní pozornost by měla být věnována nevýhodám:

• Vysoká spotřeba energie při spuštění;
• Přehřívání motoru při dlouhodobém provozu.

Hlavní výhody kombinace:

• Výrazné prodloužení životnosti elektroinstalace;
• Hladký start;
• Eliminace nerovnoměrného zatížení;
• Konzervace mechanických prvků motoru;
• Dostupnost dvouúrovňového napájení.

Pro připojení vinutí asynchronních motorů je nutné použít speciální tepelně odolné bloky. Společnost Termoelement nabízí speciálně navržené steatitové bloky motorů pro elektromotory, které jsou navrženy speciálně pro práci s těmito elektrickými zařízeními. Svorkovnice s mastkovým pláštěm snadno odolávají teplotnímu zatížení až 800°C i při dlouhodobém provozu. U nás si můžete zakoupit svorkovnice v libovolném množství a pro jakékoli vysokoteplotní aplikace.