Připojení motorů k různým typům frekvenčních měničů

Uvažujme obvody pro připojení hvězdicových a trojúhelníkových asynchronních motorů v kontextu jejich napájení z frekvenčních měničů. Nejprve si trochu osvěžíme paměť v teorii.

Co jsou „hvězda“ a „trojúhelník“

Typicky se používají asynchronní motory se třemi vinutími, která mohou být zapojena dvěma způsoby – hvězda (symbol „Y“) nebo trojúhelník (Δ nebo D). Připojovací obvod musí zajistit normální provoz motoru při dostupném napájecím napětí.

První věc, kterou musíte při výběru okruhu zvážit, jsou údaje na typovém štítku motoru. Udává parametry pro obě schémata. Nejdůležitějším parametrem je napájecí napětí. Napětí „hvězdy“ je 1,73krát (přesněji druhá odmocnina ze 3) větší než napětí „trojúhelníku“. Pokud je například uvedeno, že napájecí napětí motoru připojeného podle obvodu „hvězda“ je 380 V, můžete s jistotou říci, aniž byste se podívali na typový štítek, že pro zapnutí obvodu „trojúhelník“ potřebují napětí 220 V. V tomto případě napětí 380 B odpovídá síťovému napětí ve standardní síti a motor lze připojit do hvězdy přes stykač nebo přes frekvenční měnič. Totéž platí pro případy, kdy je „trojúhelníkové“ napětí uvedené na typovém štítku 380 V. Poté vynásobením 1,73 získáme „hvězdové“ napětí rovné 660 V.

Tyto dva typy motorů, lišící se napájecím napětím (220/380 a 380/660 V), se v praxi používají v naprosté většině případů a mají své vlastní připojovací vlastnosti, které budeme zvažovat níže.

Klasický design hvězda/trojúhelník

Při napájení „přímo“ z průmyslové sítě s lineárním napětím 380 V jsou vhodné oba typy motorů. Musíte se jen ujistit, že obvod vinutí je sestaven pro požadované napětí.

V praxi se však pro napájení v obvodu hvězda/trojúhelník používá druhý typ pohonu (380/660 V). Tento obvod se používá ke snížení startovacího proudu výkonných motorů, který může několiknásobně překročit provozní proud. Navzdory skutečnosti, že tento proud je krátkodobý, během zrychlení dochází k výraznému elektrickému a mechanickému přetížení napájecí sítě a pohonu – vždyť v prvním zlomku sekundy může být proud motoru 10krát vyšší než jmenovitá hodnota, postupně klesající během procesu zrychlování.

Schéma zapojení hvězda/trojúhelník je uvedeno v mnoha zdrojích, proto si jen krátce připomeňme, jak to funguje.

Aby byl proces spouštění šetrnější, nejprve se na vinutí motoru zapojená do hvězdy přivede napětí 380 V. Protože provozní napětí tohoto obvodu musí být vyšší (660 V), motor běží se sníženým výkonem. O několik sekund později, po roztočení pohonu, se zapne „trojúhelník“, pro který je provozní napětí 380 V, a motor dosáhne jmenovitého výkonu.

Podívali jsme se na klasické zapojení a nyní se podíváme na to, v jakých případech použít připojení motorů do hvězdy a trojúhelníku při napájení z frekvenčního měniče.

Frekvenční měniče na 220V

Když je měnič kmitočtu napájen z jedné fáze (fázové napětí 220 V), lineární napětí na jeho výstupu nemůže být větší než 220 V. Pro napájení asynchronního motoru z jednofázového měniče je tedy nutné připojit vinutí měniče s napětími 380/220 V v zapojení do trojúhelníku. Stejný motor zapojený do hvězdy bude pracovat se sníženým výkonem.

Frekvenční měniče na 380V

Třífázové měniče jsou univerzálnější z hlediska připojení motorů s různým napájecím napětím. Hlavní věcí je sestavit obvod pro napětí 380 V ve svorkovnici (boru) motoru. Právě tato možnost se používá ve většině frekvenčních měničů pracujících v průmyslových zařízeních.

Střídač s možností přepínání hvězda/trojúhelník

Některé měniče pracující s výkonnými motory mají schopnost rychle přepínat provozní schéma. To se provádí za účelem rozšíření rozsahu nastavení otáček motoru směrem nahoru od jmenovitých. Metoda je založena na skutečnosti, že zapojení do hvězdy poskytuje vyšší točivý moment při nízkých otáčkách, zatímco zapojení do trojúhelníku poskytuje vyšší točivý moment při vysokých otáčkách. Můžete nastavit výstupní frekvenci, při které dochází ke spínání, dobu pauzy (zpoždění) pro spínání a parametry motoru pro první a druhý režim.

Frekvenční měniče tohoto typu mají výstupy pro sepnutí příslušných stykačů, zajišťujících vytvoření potřebných spínacích obvodů.

Nastavení měniče pro obvody do hvězdy a trojúhelníku

Při výběru schématu připojení je třeba mít na paměti, že některé parametry v nastavení měniče jsou citlivé na výběr typu obvodu, například jmenovité napětí a jmenovitý proud.

Stává se, že je nutné připojit motor sestavený do trojúhelníkového obvodu pro napětí 220 V na výstup třífázového měniče, jehož lineární napětí při frekvenci 50 Hz je 380 V. Je zřejmé, že v tomto případě musí být motor připojen do hvězdy, ale někdy to nelze provést.

Existuje cesta ven. Je nutné uvést, že jmenovitá frekvence motoru není 50 Hz, jak je uvedeno na typovém štítku, ale 87 Hz (1,73krát více). Podobně je potřeba nastavit maximální výstupní frekvenci převodníku. V důsledku toho, že poměr U/F na výstupu měniče zůstane nezměněn, bude při frekvenci 50 Hz napětí na vinutí motoru přesně 220 V. V tomto případě musí být horní pracovní frekvence motoru nastavit na 50 Hz.

Výhodou tohoto zapojení je možnost zvýšit pracovní frekvenci motoru nad 50 Hz, přičemž do 87 Hz motor neztratí provozní točivý moment. V tomto případě je důležité sledovat mechanické opotřebení systému a zahřívání pohonu.

Dnes jsou asynchronní elektromotory oblíbené díky své spolehlivosti, vynikajícímu výkonu a relativně nízké ceně. Motory tohoto typu jsou navrženy tak, aby vydržely silné mechanické zatížení. Aby se jednotka úspěšně spustila, musí být správně připojena. K tomuto účelu se používají zapojení do hvězdy a trojúhelníku a také jejich kombinace.

Typy připojení

Konstrukce elektromotoru je poměrně jednoduchá a skládá se ze dvou hlavních prvků – stacionární stator a vnitřní rotující rotor. Každá z těchto částí má své vlastní vinutí, které vede proud. Statorový je uložen ve speciálních drážkách s povinným odstupem 120 stupňů.

Princip činnosti motoru je jednoduchý – po zapnutí startéru a přivedení napětí na stator se objeví magnetické pole způsobující otáčení rotoru. Oba konce vinutí jsou vyvedeny do rozvodné skříně a jsou uspořádány ve dvou řadách. Jejich závěry jsou označeny písmenem „C“ a dostávají číselné označení v rozsahu od 1 do 6.

Chcete-li je připojit, můžete použít jednu ze tří metod:

• „Hvězda“;
• „Trojúhelník“;
• „Hvězda-trojúhelník“.

Pokud jsou všechny konce statorového vinutí spojeny v jednom bodě, pak se tento typ spojení nazývá „hvězda“. Pokud jsou všechny konce vinutí zapojeny do série, jedná se o „trojúhelník“. V tomto případě jsou kontakty uspořádány tak, že jejich řady jsou vůči sobě posunuty. Výsledkem je, že protilehlá svorka C6 je svorka C1 atd. To je jedna z odpovědí na otázku, jaký je rozdíl mezi zapojením do hvězdy a trojúhelníku.

V prvním případě je navíc zajištěn plynulejší chod motoru, ale maximálního výkonu není dosaženo. Pokud je použit trojúhelníkový obvod, pak ve vinutí vznikají velké zapínací proudy, které negativně ovlivňují životnost jednotky. Chcete-li je snížit, musíte použít speciální reostaty, díky kterým bude start co nejhladší.

Pokud je 3-fázový motor připojen k síti 220 V, pak točivý moment nestačí ke spuštění. Pro zvýšení tohoto ukazatele se používají další prvky. V domácích podmínkách by byl optimálním řešením kondenzátor s fázovým posunem. Je třeba poznamenat, že výkon třífázových sítí je vyšší ve srovnání s jednofázovými. To naznačuje, že připojení 3fázového motoru k jednofázové elektrické síti jistě povede ke ztrátě výkonu. Není možné přesně říci, která z těchto metod je lepší, protože každá má nejen výhody, ale i nevýhody.

Výhody a nevýhody „hvězdy“

Společný bod, ve kterém jsou všechny konce vinutí spojeny, se nazývá neutrální. Pokud je v elektrickém obvodu nulový vodič, pak se bude nazývat čtyřvodičový. Začátek kontaktů je připojen k odpovídajícím fázím napájecí sítě. Schéma zapojení vinutí elektromotoru „hvězda“ má řadu výhod:

• Zajišťuje dlouhodobý nonstop provoz elektromotoru.
• Snížením výkonu se zvyšuje životnost jednotky.
• Je dosaženo hladkého startu.
• Během provozu nedochází k výraznému přehřívání motoru.

Existuje zařízení, které má vnitřní spojení konců vinutí a do krabice jsou přivedeny pouze tři kontakty. V takové situaci není použití jiného schématu připojení než „hvězda“ možné.

Výhody a nevýhody „trojúhelníku“

Použití tohoto typu připojení umožňuje vytvořit nepřerušený obvod v elektrickém obvodu. Okruh získal toto jméno kvůli svému ergonomickému tvaru, i když jej lze nazvat také kruhem. Mezi výhody „trojúhelníku“ stojí za zmínku:

• Maximálního výkonu jednotky je dosaženo za provozu.
• Ke spuštění motoru se používá reostat.
• Výrazně zvyšuje točivý moment.
• Vzniká silná tažná síla.

Mezi nevýhody lze zaznamenat pouze vysoké hodnoty startovacích proudů a aktivní vytváření tepla během provozu. Tento typ připojení je široce používán ve výkonných mechanismech, které obsahují velké zátěžové proudy. Díky tomu se zvyšuje EMF, což ovlivňuje výkon točivého momentu. Je třeba také říci, že existuje další schéma zapojení nazvané „otevřená delta“. Používá se v usměrňovacích instalacích určených k výrobě trojfrekvenčních proudů.

Kombinace obvodů

U vysoce složitých mechanismů se často používá kombinované hvězdicové a trojúhelníkové zapojení třífázového motoru. To vám umožní nejen zvýšit výkon jednotky, ale také prodloužit její životnost, pokud není navržena pro práci pomocí metody „trojúhelníku“. Vzhledem k tomu, že startovací proudy u motorů s vysokým výkonem jsou vysoké, při spuštění zařízení často selžou pojistky nebo se vypnou jističe.

Pro snížení lineárního napětí ve vinutí statoru se aktivně používají různá přídavná zařízení, například autotransformátory, reostaty atd. V důsledku toho se dosáhne snížení napětí více než 1,7krát. Po úspěšném nastartování motoru se frekvence začne postupně zvyšovat a proud klesá. Použití reléového kontaktního obvodu v takové situaci umožňuje přepínat zapojení hvězda-trojúhelník elektromotoru. V této situaci je zajištěn co nejhladší start pohonné jednotky.

Kombinovaný obvod však nelze použít, pokud je nutné snížit rozběhový proud, ale zároveň je potřeba velký kroutící moment. V tomto případě byste měli použít elektromotor s vinutým rotorem vybaveným reostatem.

Pokud mluvíme o výhodách kombinace dvou způsobů připojení, můžeme si všimnout dvou:

• Díky plynulému rozběhu se zvyšuje životnost.
• Můžete vytvořit dvě úrovně výkonu jednotky.

Dnes jsou nejrozšířenější elektromotory určené pro provoz v sítích 220 a 380 voltů. Na tom závisí výběr schématu zapojení. Proto se doporučuje používat „trojúhelník“ při napětí 220 V a „hvězda“ při 380 V.