Сегодня асинхронные электромоторы пользуются популярностью благодаря надежности, отличной производительности и сравнительно невысокой стоимости. Двигатели этого типа обладают конструкцией, способной выдерживать сильные механические нагрузки. Чтобы пуск агрегата прошел успешно, его необходимо правильно подключить. Для этого используется соединения типа «звезда» и «треугольник», а также их комбинация.
Виды соединений
Конструкция электромотора достаточно проста и состоит из двух главных элементов - неподвижного статора и расположенного внутри, вращающегося ротора . Каждая из этих частей имеет собственные обмотки, проводящие ток. Статорная уложена в специальные пазы при обязательном соблюдении расстояния в 120 градусов.
Принцип работы двигателя прост - после включения пускателя и подачи напряжения на статор возникает магнитное поле, заставляющее ротор вращаться. Обе оконечности обмоток выводятся в распределительную коробку и располагаются в два ряда. Их выводы маркируются буквой «С» и получают цифровое обозначение в пределах от 1 до 6.
Чтобы их соединить, можно использовать один из трех способов:
- «Звезда»;
- «Треугольник»;
- «Звезда-треугольник».
Однако комбинированную схему нельзя использовать, если необходимо уменьшить показатель пускового тока, но одновременно требуется большой крутящий момент. В таком случае следует применять электромотор с фазным ротором, оснащенный реостатом.
Если говорить о преимуществах сочетания двух методов подключения, то можно отметить два:
- Благодаря плавному пуску увеличивается срок эксплуатации.
- Можно создать два уровня мощности агрегата.
Сегодня наиболее широко применяются электромоторы, рассчитанные на работу в сетях на 220 и 380 вольт. Именно от этого и зависит выбор схемы подключения. Таким образом, «треугольник» рекомендуется использовать при напряжении в 220 В, а «звезду» - при 380 В.
Переменный ток , рассмотренный ранее, называется однофазным. Трехфазным называется ток, представляющий собой совокупность трех однофазных токов, сдвинутых друг относительно друга по фазе.
Простейший генератор трехфазного тока отличается от генератора однофазного тока тем, что имеет три обмотки. При вращении либо этих обмоток в поле постоянного магнита (рис.164), либо самого магнита (рис.165) в обмотках возникают переменные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе так, что сумма трех фазных углов составляет .
Если амплитуды ЭДС равны, а сдвиг фаз между двумя любыми смежными ЭДС равен , то трехфазная система называется симметричной. В этом случае на обмотках возникают
одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе напряжения: 
, 
, 
.
Использование несвязанных между собой обмоток эквивалентно трем отдельным генераторам и требует для передачи электроэнергии потребителю три пары проводов.
Соединение обмоток между собой позволяет уменьшить количество проводов при передаче энергии и поэтому широко используется в технике.
При соединении обмоток звездой (рис.166) они имеют одну общую точку. Напряжение на каждой обмотке называется фазным. Проводник, соединенный с точкой общего потенциала, называется нулевым проводом. Проводники, соединенные со свободными концами обмоток, называются фазными проводами.
Фазные напряжения, в этом случае, это напряжения между фазными проводами и нулевым проводом. Напряжение между фазными проводами называется линейным. Ток, текущий через обмотки, называется фазным током, а ток текущий в линии, - током линии.
Из векторной диаграммы, при соединении звездой, следует, что . Кроме того при этом фазные токи равны токам в линии.
РИС.166 РИС.167 РИС.168 РИС.169 РИС.170
Если каждую обмотку замкнуть на одинаковую нагрузку R, то суммарная сила тока по нулевому проводу , так как из векторной диаграммы 
.
Соединение обмоток генератора звездой позволяет использовать при передаче энергии четыре провода вместо шести.
При соединении обмоток треугольником (рис.168) они образуют замкнутый контур с весьма малым сопротивлением. Линейный провод отходит от общих точек начала одной фазы и конца другой и, поэтому фазные напряжения равны линейным (рис.169).
Из векторной диаграммы токов (рис.170) следует, что
, 
На практике используется не только соединение обмоток генератора, но и соединение между собой нагрузок звездой или треугольником. Таких комбинаций возможного соединения генератора и нагрузок - четыре.
РИС.171 РИС.172 РИС.173 РИС.174
При соединении звезда - звезда (рис.171) на всех нагрузках разное напряжение, но если сопротивление нагрузок приблизительно равно, то ток по нулевому проводу практически равен нулю.
Тем не менее, нулевой провод нельзя убирать или ставить в него предохранители потому, что без него на каждую из пар нагрузок действует линейное напряжение, причем оно распределяется в соответствии с сопротивлением нагрузок. Получается, что напряжение, подаваемое на нагрузку, зависит от ее сопротивления, что неэффективно и опасно.
Если генератор и нагрузки соединены звезда - треугольник (рис.172), то на каждой нагрузке, независимо от ее сопротивления, одинаковое напряжение, равное линейному.
При соединении треугольник - треугольник (рис.173) на всех нагрузках фазное напряжение, независимо от их сопротивления.
Если генератор и нагрузки соединены треугольник - звезда (рис.174), то на каждой нагрузке напряжение равно .
Трехфазный ток используется для получения вращающегося магнитного поля. В этом случае трехфазный ток подводится к трем обмоткам, расположенным на неподвижной станине - статоре. Внутри статора помещен стальной барабан - ротор, вдоль образующих которого в пазах уложены провода, соединенные между собой на обоих торцах кольцами.
Обмотки статора создают магнитный поток одинаковой величины, но сдвинутый по фазе, т.е. он как бы вращается относительно ротора. В обмотках ротора возникают индукционные потоки, которые, в свою очередь, взаимодействуют с вращающимся магнитным потоком, что приводит ротор во вращение, т.е. получается электродвигатель достаточно простого устройства.
При увеличении скорости ротора уменьшается относительная скорость движения его проводников относительно магнитного поля . Если бы он достиг той же скорости вращения, что и магнитный поток статора, то индукционный ток равнялся бы нулю и, соответственно, вращающий момент стал бы равным нулю.
Следовательно, при наличии тормозного момента магнитный поток и ротор не могут вращаться с той же скоростью, что и поток статора (синхронно), - скорость вращения ротора всегда несколько меньше. Поэтому двигатели такого типа называются асихронными (несинхронными).
Трехфазная система, изобретенная русским инженером М.О. Доливо-Добровольским в XIX, применяется во всем мире для передачи и распределения энергии. Доливо-Добровольский первым получил вращающееся магнитное поле с помощью трехфазного тока и построил первый асинхронный двигатель. Трехфазная система обеспечивает наиболее экономичную передачу энергии и позволяет создать надежные в работе и простые по устройству электродвигатели, генераторы и трансформаторы.
На практике, например, электрические лампы изготавливаются на номинальные напряжения 127 и 220В. Способ их включения в цепь трехфазного тока зависит от величины линейного напряжения трехфазной сети.
Лампы с номинальным напряжением 127 В включаются звездой с нейтральным проводом при линейном напряжении сети 220 В или треугольником при линейном напряжении сети 127 В.
Лампы с номинальным напряжением 220 В соответственно включаются звездой в сеть с линейным напряжением 380 В и треугольником в сеть с напряжением 220 В.
Обмотки трехфазных двигателей изготавливаются на номинальные фазные напряжения 127, 220 и 380 В. Каждый трехфазный двигатель может быть включен или звездой в трехфазную сеть с линейным напряжением, превышающим его фазное в раз, или треугольником, если линейное напряжение сети равно фазному напряжению его обмотки. Обычно на паспорте двигателя указано, например: треугольник -220В, звезда - 380В.
Линейные цепи. Правила Кирхгофа. Методы анализа линейных цепей. Переходные процессы в цепи с конденсатором.
Элемент электрической цепи называется линейным, если его параметры не зависят от напряжения и силы тока, т.е. вольт-амперная характеристика прямая.
Электрическая цепь называется линейной если она состоит из линейных элементов.
Применение закона Ома для расчета сложных разветвленных цепей, содержащих несколько источников довольно сложно. Для расчетов таких цепей используют два правила немецкого физика Г. Кирхгофа , первое из которых вытекает из закона сохранения заряда, а второе является обобщением закона Ома на произвольное число источников сторонних ЭДС в изолированном замкнутом контуре.
Для того чтобы использовать правила Кирхгофа необходимо ввести несколько понятий.
Электрическая схема - графическое изображение электрической цепи.
Ветвь электрической цепи - один или несколько последовательно соединенных элементов цепи, по которым течет один и тот же ток.
Узел - соединение трех или большего количества ветвей. Ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, - отрицательным.
Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:
Например, для узла на рис.64 I 1 -I 2 +I 3 -I 4 -I 5 =0
Контур - любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. Положительное направление обхода контура выбирается произвольно, но одно и то же для всех контуров электрической цепи. Токи совпадающие по направлению с направлением обхода контура, считаются положительными, не совпадающие с направлением обхода - отрицательными. ЭДС считаются положительными, если они создают ток, направленный в сторону обхода контура.
Рассмотрим цепь, содержащую три источника (рис.65). Пусть R 1 , R 2 , R 3 общие сопротивления ветвей АВ, ВС, СА соответственно. Положительное направление обхода примем по часовой стрелке. Применим к каждой ветви закон Ома для неоднородного участка цепи. 
Сложив почленно эти уравнения, получим
Второе правило Кирхгофа
: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС, встречающихся в этом контуре: 
При расчете сложных цепей постоянного тока с применением правил Кирхгофа необходимо:
1. Выбрать произвольное направление токов на всех участках цепи; действительное направление токов выяснится при решении: если искомый ток получится положительным, то его направление было выбрано правильно, а если отрицательным, то его истинное направление противоположно выбранному;
2. Выбрать направление обхода контуров и строго его придерживаться; записывая со соответствующими знаками токи и ЭДС;
3. Составить количество уравнений равное количеству искомых величин (в систему уравнений должны входить все сопротивления и ЭДС рассматриваемой цепи).
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:
- Повышения мощности оборудования.
- Меньшие пусковые токи.
- Большой вращающийся момент.
- 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:
Обмотки генераторов, трансформаторов, электродвигателей и других электрических приемников при их подключении к трехфазной сети соединяются двумя способами: звездой или треугольником. Эти схемы подключения сильно отличаются друг от друга и несут на себе разные токовые нагрузки. Поэтому есть необходимость разобраться в вопросе, как производится подключение звезда и треугольник – в чем разница?
Что собой представляют схемы
Подключение обмоток звездой – это их соединение в одной точке, которая носит название нулевая точка или нейтральная. Она обозначается буквой «О».
Схема подключения треугольником – это последовательное соединение концов рабочих обмоток, в которых начало одной обмотки соединяется с концом другой.
Разница очевидна. Но какую цель преследуют эти виды соединения, почему звезда треугольник применяются в разных электрических установках, в чем эффективность той и другой. Вопросов по данной теме возникает немало, с ними и надо разобраться.
Начнем с того, что при запуске того же электродвигателя ток, который называется пусковым, обладает высоким значением, который превышает номинальную его величину раз в шесть или восемь. Если это маломощный агрегат, то защита такую силу тока может выдержать, а если это электродвигатель большой мощности, то никакие защитные блоки не выдержат. И это вызовет обязательно «проседание» напряжения и выход из строя предохранителей или автоматических выключателей. Сам же двигатель начнет вращаться с небольшой скоростью, отличающуюся от паспортной. То есть, проблем с пусковым током немало.
Поэтому его надо просто снизить. Есть несколько для этого способов:
- установить в систему подключения электрического двигателя один из перечисленных приборов: трансформатор, дроссель, реостат;
- изменяется схема подключения обмоток ротора.
Именно второй вариант используется на производстве, как самый простой и эффективный. Просто производится преобразование схемы звезда в треугольник. То есть, во время пуска двигателя его обмотки соединяются по схеме звезда, затем как только мотор наберет обороты, переключается на треугольник. Процесс переключения звезды на треугольник производится автоматически.
Рекомендуется в электродвигателях, где используются одновременно два варианта соединения – звезда-треугольник, к соединению обмоток по схеме звезда, то есть, к их общей точке подключения, подсоединить нейтраль от сети питания. Для чего это необходимо делать? Все дело в том, что во время работы по данному варианту подсоединения появляется высокая вероятность асимметрии амплитуд разных фаз. Именно нейтраль будет компенсировать данную асимметрию, которая обычно появляется за счет того, что обмотки статора могут иметь разное индуктивное сопротивление.
Преимущества двух схем
У схемы звезда достаточно серьезные достоинства:
- плавный запуск электрического двигателя;
- номинальная его мощность будет соответствовать паспортным данным;
- двигатель будет работать нормально и при кратковременных высоких нагрузках, и при долгосрочных небольших перегрузов;
- в процессе работы корпус мотора не будет перегреваться.
Что касается схемы треугольник, то основное ее преимущество – это достижение электрическим двигателем в процессе его работы максимальной мощности. Но при этом рекомендуется строго придерживаться эксплуатационных режимов, которые расписаны в паспорте мотора. Тестирование электродвигателей, соединенных по схеме треугольник, показало, что его мощность в три раза больше, чем соединенных по схеме звезда.
Если говорить о генераторах, которые выдают ток в питающую сеть, то схемы соединения звезда и треугольник по своим техническим параметрам точно такие же. То есть, выдаваемое напряжение треугольником будет больше, правда, не в три раза, но не менее 1,73 раза. По сути, получается, что напряжение генератора при звезде, равное 220 вольт, преобразуется в 380 вольт, если провести переключение с одного варианта на другой. Но необходимо отметить, что мощность самого агрегата при этом остается неизменной, потому что все подчиняется закону Ома, в котором напряжение и сила тока находятся в обратной пропорциональности. То есть, увеличение напряжения в 1,73 раза, снижает ток точно на такую же величину.
Отсюда вывод: если в клеммной коробке генератора располагаются все шесть концов обмоток, то можно будет получить напряжение двух номиналов, отличающихся друг от друга коэффициентом 1,73.
Делаем выводы
Почему соединения треугольником и звездой сегодня присутствуют во всех современных мощных электродвигателях? Из всего вышесказанного становится понятным, что основное требование ситуации – это снизить токовую нагрузку, которая возникает в процессе пуска самого агрегата.
Если расписать формулы такого подключения, то они будут выглядеть вот так:
Uф=Uл/1,73=380/1,73=220, где Uф – напряжение на фазах, Uл – на питающей линии. Это соединение звездой.
После того, как электрический агрегат разгонится, то есть, скорость его вращения станет соответствовать паспортным данным, произойдет переход на треугольник со звезды. Отсюда фазное напряжение станет равным линейному.
Асинхронные трехфазные двигатели более эффективны по сравнению с однофазными и получили намного большее распространение. Электрические устройства, работающие на двигательной тяге, чаще всего оснащаются именно трехфазными электромоторами.
Электродвигатель состоит из двух частей: вращающегося ротора и неподвижного статора. Ротор располагается внутри статора. Оба элемента имеют токопроводящие обмотки. Статорная обмотка уложена в пазы магнитопровода с соблюдением расстояния в 120 электрических градусов. Начала и концы обмоток выведены в и зафиксированы в два ряда. Контакты промаркированы литерой С, каждому присвоено цифровое обозначение от 1 до 6.
Фазы статорных обмоток при подключении к питающей сети соединяют по одной из схем:
- «треугольник» (Δ);
- «звезда» (Y);
- комбинированная схема «звезда-треугольник» (Δ/Y).
Подключение по комбинированной схеме применяется для двигателей мощностью свыше 5 кВт.
«Звездой » называют соединение всех концов статорных обмоток в одной точке. Питающее подается на начала каждой из них. При последовательном соединении обмоток в замкнутую ячейку образуется «треугольник ». Контакты с клеммами располагают таким образом, чтобы ряды были смещены относительно друг друга, напротив вывода С6 располагался С1 и т.д.
Подача питающего напряжения от трехфазной сети на статорные обмотки создает вращающее магнитное поле, которое приводит ротор в движение. Вращательного момента, возникающего после того, как , для запуска недостаточно. Чтобы увеличить вращающий момент, в сеть включают дополнительные элементы.
Самый простой и распространенный способ подключения к бытовым сетям – подключение с использованием фазосдвигающего конденсатора.
При подаче питающего напряжения от обоих типов электросетей частота вращения ротора асинхронного двигателя будет почти одинаковой. В то же время мощность в трехфазных сетях выше, чем в аналогичных однофазных. Соответственно, подключение трехфазного электродвигателя в однофазную сеть неизбежно сопровождается заметной потерей мощности.
Существуют электромоторы, которые изначально не рассчитаны на возможность подключения в бытовую сеть. Приобретая электромотор для использования в бытовых условиях, лучше сразу искать модели с короткозамкнутым ротором.
Подключение двигателя «звездой» и «треугольником» в сетях с разным номинальным напряжением
В соответствии с номинальным питающим напряжением асинхронные трехфазные двигатели отечественного производства подразделены на две категории: для работы от сетей 220/127 В и 380/220 В. Двигатели, рассчитанные на работу от сети 220/127 В имеют небольшую мощность — на сегодняшний день их применение сильно ограничено.
Электромоторы, рассчитанные на номинальное напряжение 380/220 В распространены повсеместно.
Независимо от номинального напряжения при установке мотора используется правило: более низкие значения напряжения используются при подключении в «треугольник», высокие – исключительно в соединениях статорных обмоток по схеме «звезда».
То есть, напряжение в 220 В подается на «треугольник », 380 В – на «звезду », в противном случае мотор быстро перегорит.
Основные технические характеристики агрегата, включая рекомендованную схему подключения и возможность ее изменения отображаются на бирке мотора и его техническом паспорте. Наличие метки вида Δ/Y указывает на возможность соединения обмоток и «звездой», и «треугольником». Чтобы минимизировать потери мощности, неизбежные при работе от однофазных бытовых сетей, мотор такого типа лучше подключать «треугольником».
Знаком Y обозначают двигатели, где возможность подключения в «треугольник» не предусмотрена. В распределительной коробке таких моделей вместо 6 контактов находятся только три, соединение трех других выполнено под корпусом.
Подключение трехфазных с номинальным питающим напряжением 220/127 В к стандартным однофазным сетям выполняют только по типу «звезды». Подключение агрегата, рассчитанного на низкое питающее напряжение в «треугольник» быстро приведет его в негодность.
Особенности работы электромотора при подключении разными способами
Подключение электродвигателя «треугольником» и «звездой» характеризуется определенным набором своих преимуществ и недостатков.
Соединение обмоток двигателя в «звезду» обеспечивает более мягкий запуск. При этом происходит значительная потеря мощности агрегата. По этой схеме также производится подключение всех электромоторов отечественного происхождения на 380В.
Подключение «треугольник» обеспечивает выходную мощность до 70% от номинальной, но пусковые токи при этом достигают значительных величин и двигатель может выйти из строя. Эта схема – единственно правильный вариант для подключения к российским электросетям импортных электромоторов европейского производства, рассчитанных на номинальное напряжение 400/690.
Функцию пуска для схем переключения «звезда»-«треугольник» используют только для двигателей с пометкой Δ/Y, в которых реализована возможность обоих вариантов соединения. Запуск двигателя производят при подключении «звездой», чтобы уменьшить пусковой ток.
Когда двигатель разгонится, производится переключение в «треугольник», чтобы получить максимально возможную выходную мощность.
Применение комбинированного способа неизбежно связано со скачками токов. В момент переключение между схемами подача тока прекращается, скорость вращения ротора снижается, в некоторых случаях происходит ее резкое снижение. Через некоторое время скорость вращения восстанавливается.
Примеры подключения звездой и треугольником на видео