Strona główna Aktualności Połączenie silnika klatkowego gwiazda-trójkąt.

Połączenie silnika klatkowego gwiazda-trójkąt.

12

Jakie korzyści daje połączenie gwiazda-trójkąt? 

Budowa i rozruch silnika

Silnik klatkowy jest to rodzaj silnika elektrycznego asynchronicznego. Wirnik silnika wykonany jest z blach ferromagnetycznych w które wbudowane są aluminiowe lub miedziane pręty połączone ze sobą pierścieniami wykonanymi z tego samego metalu. Pręty razem z pierścieniami mają kształt klatki, z tego powodu silniki o takiej konstrukcji nazywane są silnikami klatkowymi.

Stojan silnika klatkowego również zbudowany jest z blach ferromagnetycznych. Umieszczone są w nim cewki wykonane z miedzianego drutu nawojowego. Końce cewek doprowadzone są do tabliczki zaciskowej do której podłączane są przewody zasilające silnik.

Najprostszą i najczęściej stosowaną metodą rozruchu silnika klatkowego jest rozruch bezpośredni, który jest niekorzystny z punktu widzenia prądów rozruchowych. Zobacz poniższy rysunek na którym widać w pierwszej chwili bardzo duży prąd rozruchu Ip na poziomie od 8 do 12 krotnej wartości prądu znamionowego, aby po chwili zmniejszyć się do poziomu Id od 4 do 8 krotnej wartości prądu znamionowego występujący w pierwszych chwilach od podaniu napięcia. Dopiero po chwili prąd stabilizuje się na poziomie prądu znamionowego oznaczonego skrótem In

wykres rozruchu silnika klatkowego

Przykład rozruchu bezpośredniego silnika klatkowego

Silnik rolety jednofazowej 230 V AC o mocy 150 W cos fi = 0,8. Prąd znamionowy 0,82 A, podczas rozruchu bezpośredniego może pobrać maksymalnie 12x więcej prądu niż prąd znamionowy. Przeanalizuj poniższą tabelę, która obrazuje wyżej pokazany wykres.  

Prąd minimalnyPrąd maksymalny
Ip6,52 A9,78 A
Id3,26 A6,52 A
In0,82 A

Ze względu na duże prądy rozruchowe w przypadku silników 1-fazowych większych mocy i silników 3-fazowych do realizacji rozruchu bezpośredniego stosowane są zazwyczaj rozruszniki zawierające wyłącznik silnikowy i stycznik.

Jakie wady ma rozruch bezpośredni?

Istotną wadą rozruchu bezpośredniego jest brak kontroli momentu rozruchowego, co powoduje udary mechaniczne a w konsekwencji szybsze zużycie i uszkodzenia mechaniczne urządzeń. Zjawisko to może być także niekorzystne ze względów technologicznych, gdyż prowadzi do niekontrolowanych przyspieszeń silnika. Jako przykład można podać wzrost ciśnienia jeśli silnik napędza np. pompę.

W przypadku dużych silników rozruch bezpośredni polegający na bezpośrednim włączeniu silnika do sieci o pełnym napięciu występuje tylko w sieciach, w których dopuszczalny jest tak duży chwilowy pobór prądu.

Duży chwilowy pobór prądu może spowodować zadziałanie zabezpieczeń nadprądowych, a w szczególnych przypadkach przeciążenie sieci i w rezultacie awarię zasilania.

Silniki o mocy od 5,5 kW zaleca się podłączać do sieci poprzez rozrusznik, który podczas rozruchu obniża napięcie. Realizuje się to przez przełącznik gwiazda-trójkąt, albo elektroniczny układ sterujący mocą i momentem silnika (sofstart lub przemiennik częstotliwości).

Kiedy można zastosować rozruch gwiazda-trójkąt?

Metoda rozruchu przy pomocy przełącznika gwiazda-trójkąt stosowana jest w silnikach trójfazowych wyposażonych w listwę zaciskową z sześcioma zaciskami początków i końców uzwojeń, co umożliwia połączenie uzwojeń silnika zarówno w gwiazdę jak i w trójkąt. Przeanalizuj poniższe rysunki na których przedstawione jest zarówno połączenie na listwie zaciskowej jak również całkowity układ połączeń.

połączenie w gwiazdę tabliczka zaciskowapołączenie w trójkąt tabliczka zaciskowa
połączenie w gwiazdępołączenie w trójkąt
schemat połączenia gwiazda-trójkątpołączenie silnika w gwiazda-trójkąt

Połączenie silnika w trójkąt

Podłączenie uzwojeń silnika w trójkąt powinno odpowiadać napięciu znamionowemu sieci zasilającej. Gdy zasilamy silnik z sieci trójfazowej o napięciu znamionowym 400 V, połączenie uzwojeń w trójkąt odpowiada napięciu 400 V, natomiast przy połączeniu w gwiazdę obniżamy napięcie zasilające o √3 (pierwiastek z trzech). Oznacza to, że przy połączeniu w gwiazdę napięcie będzie o 1,7 raza mniejsze w stosunku do napięcia znamionowego sieci zasilającej.

Połączenie silnika w gwiazdę

Moment rozruchowy silnika trójfazowego połączonego w gwiazdę jest znacznie mniejszy niż podczas rozruchu bezpośredniego i wynosi około 50 % momentu znamionowego. Rozruch z obniżonym napięciem zasilającym i tym samym z obniżonym momentem rozruchowym powoduje, że prąd podczas rozruchu jest także obniżony i zazwyczaj mieści się w przedziale od 1,8 do 2,6 prądu znamionowego w zależności od typu silnika oraz rodzaju obciążenia.

Istotnym ograniczeniem stosowania tej metody jest wspomniany niski moment rozruchowy, dlatego metodę tę można stosować jedynie wtedy gdy mechaniczne obciążenie silnika podczas rozruchu jest niewielkie, ewentualnie obciążenie wzrasta przy większej prędkości, zbliżonej do prędkości znamionowej. Obciążenie takie charakteryzuje wentylatory, pompy i wirówki.

Kiedy należy przełączyć gwiazda-trójkąt?

W momencie gdy prędkość jest już zbliżona do znamionowej, powinno nastąpić przełączenie uzwojenia z gwiazdy w trójkąt. Zbyt wczesne przełączenie uzwojeń z gwiazdy na połączenie w trójkąt eliminuje korzyści jakie umożliwia ta metoda rozruchu, ponieważ nastąpi wówczas gwałtowny skok wartości prądu do wartości z charakterystyki trójkąta. Przy właściwym czasie rozruchu (przełączenia z gwiazdy w trójkąt) skok prądu jest minimalny.

Przy silnikach mniejszej mocy można spotkać ręczny krzywkowy przełącznik gwiazda-trójkąt. Ten sposób przełączania wymaga doświadczenia osoby obsługującej silnik.

Spamel Łącznik krzywkowy gwiazda-trójkąt 3P 25A do wbudowania LK25R 4.831P03

Przełącznik gwiazda-trójkąt przy silnikach większej mocy, składa się z trzech styczników oraz z przekaźnika czasowego na którym ustawiamy zwłokę czasową po której następuje przełączenie z gwiazdy w trójkąt i zasilenie silnika pełnym napięciem sieciowym.

Eaton układ gwiazda-trójkąt 55kW 115A 400V AC-3 SDAINLM115 239963

Automatykę przełączającą gwiazda-trójkąt można zbudować we własnym zakresie. 

Przekaźnik czasowy gwiazda-trójkąt

Automatyczne przełączenie styczników w układzie gwiazda-trójkąt można zrealizować za pomocą przekaźników czasowych, co pokażę na przykładzie PCG-417 przekaźnika czasowego gwiazda-trójkąt produkowanego przez polską firmę F&F.

PCG-417 F&F schemat połączeń programy gwiazda-trójkąt

Zasada działania przekaźnika została dobrze opisana przez producenta:

Przekaźnik PCG-417 posiada układ dwóch przekaźników elektromagnetycznych, który eliminuje ryzyko załączenia dwóch styczników jednocześnie. Każdy z przekaźników steruje odpowiednim stycznikiem. W chwili przełączenia z układu „gwiazda” na „trójkąt”, pierwszy rozłącza stycznik „gwiazdy”, następuje wymuszona przerwa czasowa (75 lub 150 ms), a następnie drugi przekaźnik załącza stycznik „trójkąta”.

 Po załączeniu zasilania styk „gwiazdy” zostanie przełączony w pozycję 7-9 na ustawiony czas rozruchu t1.

 Styk „trójkąta” pozostaje w pozycji 10-11. Po upływie czasu rozruchu t1 styk „gwiazdy” zostanie przełączony w pozycję 7-8 (styk „trójkąta” nadal pozostaje w pozycji 10-11) i nastąpi przerwa przełączenia o ustawionym czasie t2. Po upływie czasu t2 styk „trójkąta” zostanie przełączony w pozycję 10-12 i pozostaje w tym stanie do momentu odłączenia napięcia zasilającego (styk „gwiazdy” pozostaje w pozycji 7-8).

Nastawa czasu rozruchu i czasu opóźnienia przełączenia.

Pokrętłem wyboru zakresu czasowego T↔ ustawiamy wybrany zakres czasowy (dla opcji opóźnienia przełączenia t2=75msek z lewej strony skali, a dla opcji opóźnienia przełączenia t2=100msek z prawej strony skali). Pokrętłem T× ustawiamy wartość na skali od 1 do 10. Iloczyn tych wartości jest równy czasowi rozruchu t1 (np. t1=1s×7=7sek).

Źródło: http://www.fif.com.pl/produkt/37/602

Schemat podłączenia został pokazany poniżej.

Rys 7 schemat połączenia gwiazda-trójkąt

UWAGA!

Podłączając przekaźnik PCG-417 należy zwrócić szczególną uwagę na podłączenie zasilania przekaźnika. Pod zacisk 1 i 3 podłączamy napięcie 230 V AC, lub pod zacisk 1 i 4 podłączamy napięcie 24 V AD lub DC.

PCG-417 cewka

Podsumowanie rozruchu gwiazda-trójkąt

Rozruch silników poprzez przełączenie układu pomiędzy połączeniem uzwojeń gwiazda-trójkąt można realizować ręcznie za pomocą łączników krzywkowych, ale aby odnieść korzyści płynące z tych układów połączeń przełączenie musi nastąpić w ściśle określonym czasie, co wymaga odpowiedniego doświadczenia od osoby dokonującej przełączenia. Zamiast przełączenia ręcznego można również zastosować przełączenie automatyczne z wykorzystaniem układu styczników wraz z zabezpieczeniem termicznym oraz przekaźnik czasowy, który zawsze we właściwym czasie dokona przełączenia. Ważne, aby przekaźnik czasowy został prawidłowo ustawiony (doświadczona osoba musi właściwie ustawić czasy przełączenia). 

Niezależnie od wybranej metody przełączania sterowanie silnikami dużych i średnich mocy może generować przepięcia łączeniowe, które mogą uszkodzić inne urządzenia posiadające elektronikę (obecnie elektronika znajduje się praktycznie wszędzie np. w zasilaczach impulsowych które są „wszędobylskie”). W praktyce najczęściej stosuje się tylko ograniczniki przepięć w rozdzielnicy zasilającej, co niestety nie zapewnia skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej.

Jeśli ochrona przeciwprzepięciowa ma być skuteczna musi być kompleksowa a ograniczniki przepięć muszą być prawidłowo podłączone (niestety często są popełniane poważne błędy podczas montażu ograniczników przepięć). Zagadnienie wykonania skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej opisałem w poradniku: Jak powinna wyglądać skuteczna ochrona przeciwprzepięciowa?

Jak dobrać ograniczniki przepięć?

  • MeternetPro Telemetria

    Telemetria – czyli zdalny odczyt liczników

    Liczniki energii ze zdalnym dostępem do informacji, telemetria? TAK. …

12 komentarzy

  1. siwixelektro

    8 lutego 2018 o 04:59

    Niestety rzeczywistość jest brutalna bardzo ale jest spore grono uważających się za mega fachowców „elektryków” którzy nie mają pojęcia ani o połączeniu w gwiazde ani w trójkąt o przełączniku gwiazda trójkąt nie wspominając zaś kolejna spora grupa to „pseudo studenci” wyuczeni regułki lub schematu połączenia. Przez lata pracy jako handlowiec czy specjalista ds. technicznychmożna doświadczyć debat z takimi przypadkami. Pozdrawiam

    Odpowiedz

  2. Bogdan

    6 listopada 2018 o 20:50

    Jak się czyta że napięcie zmniejsza się o 1,7 a nie że będzie 1,7 razy mniejsze, to słabo się robi i żal nauczycieli.

    Odpowiedz

    • Piotr Bibik

      6 listopada 2018 o 21:11

      Dziękuję za wychwycenie błędu – już poprawione 🙂

      Odpowiedz

  3. Six

    17 marca 2020 o 20:15

    Tyle komentarzy a nikt nie Zauważył że jest błąd na schemacie połączenia trójkąt. Powinny cewki być przesunięte o jeden w fazie a pierwsza cewka jest połączona na pierwszej fazie i początkiem i końcem uzwojenia.

    Odpowiedz

    • Piotr Bibik

      17 marca 2020 o 21:13

      Ma Pan rację – dziękuję – już poprawione 🙂

      Odpowiedz

      • Mariusz

        22 listopada 2021 o 12:00

        Witam ale jak widzę to na początku pod zdjęciem jest napisane jeden trójką i drugi, a to przecież gwiazda i trójkąt

        Odpowiedz

  4. Błażej

    19 kwietnia 2020 o 19:14

    Schemat silnika 'albany 0,55 kw 360-415/208/240V’ jak to podłączyć do sieci trójkąt-gwiazda?

    Odpowiedz

    • Piotr Bibik

      19 kwietnia 2020 o 21:06

      Nie znam tego silnika. Proszę przesłać schemat wyprowadzeń z tabliczki znamionowej, lub rozrysować zaciski wraz z oznaczeniami. 

      Odpowiedz

  5. Błażej

    20 kwietnia 2020 o 22:36

    Czy mogę prosić Pana mail? ponieważ nie umiem wysłać tu zdjęć.

    Odpowiedz

    • Piotr Bibik

      21 kwietnia 2020 o 07:33

      Na samym dole strony, jest podany adres mailowy do mnie 🙂 

      Odpowiedz

  6. Przemo

    7 września 2021 o 22:00

    Mam, pytanie jaki sens ma używanie silników klatkowych 3 fazowych do bez pośredniego połącznie pod zasilanie 230 V połączenie 3 nużki pod kondestor i pod N?

    Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Zobacz także

Jaki system inteligentnego domu wybrać do sterowania budynkiem?

Czy może mi Pan zasugerować konkretnego producenta, lub system inteligentnego do…