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.
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 minimalny | Prąd maksymalny | |
| Ip | 6,52 A | 9,78 A |
| Id | 3,26 A | 6,52 A |
| In | 0,82 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 | połączenie w 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.
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.
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.
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: www.fif.com.pl
Schemat podłączenia został pokazany poniżej.
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.
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?
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
Luk
11 czerwca 2024 o 21:00
Panie podłączyłem silnik 5,5 kw w trójkąt gwiazda niby tak ma być wyłącznik 40 A niestety silnik obraca się bardzo wolno na drugim biegu trochę szybciej i wywala bezpiecznik poprosił bym o podpowiedź co robię nietak.
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.
Piotr Bibik
6 listopada 2018 o 21:11
Dziękuję za wychwycenie błędu – już poprawione 🙂
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.
Piotr Bibik
17 marca 2020 o 21:13
Ma Pan rację – dziękuję – już poprawione 🙂
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
Piotr Bibik
22 listopada 2021 o 12:59
Słuszna uwaga – dziękuję, już poprawione.
Sim22
21 maja 2022 o 14:43
Przesunięcie faz jest uwzględnione na listwie zaciskowej silnika, błąd jest na schemacie przy opisie przyłączy silnika i tam go należy poprawić a nie w podłączeniach przy styczniku – powstaje totalne zamieszanie w schematach.
Sławek L.
30 maja 2022 o 23:27
Czytam to już któryś raz i zastanawiam się o co chodzi ? Może nie jestem elektrykiem z najwyższej półki, ale coś tam w życiu swoim zawodowym przez te 30 lat dokonałem. Jeżeli czegoś nie rozumiem to się dopytuje. Dlatego rozwiń swoja myśl jak dla laika.
Błażej
19 kwietnia 2020 o 19:14
Schemat silnika 'albany 0,55 kw 360-415/208/240V’ jak to podłączyć do sieci trójkąt-gwiazda?
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.
Błażej
20 kwietnia 2020 o 22:36
Czy mogę prosić Pana mail? ponieważ nie umiem wysłać tu zdjęć.
Piotr Bibik
21 kwietnia 2020 o 07:33
Na samym dole strony, jest podany adres mailowy do mnie 🙂
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?
Artur Kozera
20 czerwca 2022 o 09:45
Czasem ludzie mają silnik 3-fazowy a napięcia już nie (np. ogródki działkowe). Jakiś sens to jest. Minusem, że taki układ potrzebuje dwóch kondensatorów. I trochę się traci na mocy.
Maciej
14 czerwca 2022 o 14:54
zdarza się że że ludzie podłączają silnik który ma w opisie tr./gw. 230/400v w trójkąt i niewiedzą czemu się spalił.
Silnik z takim opisem może pracować tylko w GWIAZDA (na napięciu 400V).
Chyba że mamy falownik jednofazowy230V, wtedy na wyjściu falownika są 3fazy po 230V. I właśnie podłączamy taki silnik w trójkąt i pracuję z pełną mocą znamionową lub w gwiazdę i jego moc jest ograniczona bo i prąd adekwatnie niższy.
Artur Kozera
20 czerwca 2022 o 09:46
Pierwszy akapit zgoda. Z drugim akapitem się nie zgadzam. Jeśli podłączamy pod zasilanie 230VAC falownik 1_fazowy, to na jego wyjściu silnik podłączamy 3x 230V. Połączenie 3x400V powoduje, że silnik nadmiernie się grzeje w krótkim czasie. Poza tym jeśli taki silnik napędza np. pompę to nie ma mowy o spadku mocy. Pompa na hamowni jest badana i musi mieć parametry f=Q(H). Plusem zasilania falownikiem 1-fazowym w układach wielopompowych (np. 3-pompowych) jest to, że każdy z nich może być zasilany z innej fazy. Niestety producenci produkują falowniki 1-fazowe tylko do 2,2 kW (3,0 kW nie pamiętam).
Artur Kozera
20 czerwca 2022 o 09:06
Przy tym połączeniu na schemacie trójkąta silnik będzie się kręcił w lewo. U1 -> V2, V1 -> W2, W1 -> U2.
Artur Kozera
20 czerwca 2022 o 09:41
Sytuacja się skomplikuje jeszcze bardziej jeśli do tego układu dołączymy falownik i czwarty stycznik.
Artur Kozera
20 czerwca 2022 o 11:10
Przyznam, że opis producenta na przekaźniku czasowym A/Y jest dość niejasny. Którym pokrętłem mam nastawić czas T1, a którym T2. Bo 75 ms lub 150 ms to tylko podstawa czasowa do nastawialnego mnożnika.
Krzysztof
23 września 2022 o 13:55
Dzień dobry.
Mam wrażenie, że sam sobie zrobiłem krzywdę tzn. posiadam śrutownik z silnikiem trójfazowym z włącznikiem trójkąt -gwiazda.
Po długim czasie jego nieużytkowania znowu zacząłem na nim pracować. Zapominając o „bożym świecie” włączałem jego tylko na rozruchu i tak śrutowałem zboże. Nagle przestał pracować tzn, wywala korki, dopiero teraz zorientowałem się, że źle jego użytkowałem. Czy mogę to naprawić?
Dziękuję za szybką odpowiedź,
pozdrawiam Krzysztof Graban.
Piotr Bibik
9 października 2022 o 11:02
Panie Krzysztofie przyczyn wyłączania zabezpieczeń (wywalania korków) może być kilka. Bez pomiarów i szczegółowej wiedzy co się dzieje ciężko cokolwiek powiedzieć. Czy poprzez „korki” rozumie Pan zabezpieczenia nadprądowe lub topikowe? A może wyłącznik silnikowy (wykrywa również asymetrię płynących prądów)? Najprawdopodobniej uszkodzeniu uległa izolacja, ale czy mówimy o izolacji uzwojeń w silniku, czy izolacji przewodu lub gdzieś w puszkach łączeniowych to bez pomiarów i wizji lokalnej ciężko powiedzieć.
Czy śrutownik można naprawić?
Prawdopodobnie tak. Proponuję skontaktować się z osobą która posiada odpowiednią wiedzę i mierniki i która jest w stanie ustalić przyczynę awarii. Jeśli uszkodzeniu uległa izolacja w uzwojeniach silnika należy zastanowić się jaki jest koszt naprawy (przewinięcia silnika) a jaki jest koszt zastosowania nowego silnika?
Proszę uwzględnić, że nowoczesne silniki mają mniejsze straty więc ich eksploatacja może okazać się bardziej ekonomiczna. Niezależnie czy zdecyduje się Pan naprawiać stary silnik, czy kupić nowy sugeruję rozważyć wymianę sterowania na nowoczesny układ. Więcej w tym temacie może dowiedzieć się Pan z bezpłatnego szkolenia (które polecam): Zasady sterowania i zabezpieczania silników elektrycznych
Grzegorz Reczyński
8 lutego 2023 o 12:33
Witam.
Jak ustawić czasy dla wyciągu z silnikiem o mocy 22kw?
Który czas przerwy będzie odpowiedni 75 czy 150 na module PCG417. I jaki czas pracy na przełączenie? Obecnie mam wyłącznik silnikowy ustawiony na 42A i w chwili przełączania go wyrzuca. Dopiero po kilku załączeniach udaję się załączyć wyciag( jest to rurociąg ssący)
Piotr Bibik
24 lutego 2023 o 23:53
Panie Grzegorzu, ciężko jest mi cokolwiek doradzić nie znając instalacji. Moc silnika to jedno, ale w jakim stanie jest cała instalacja? Jaki jest stan łożysk? Czy są duże opory przy rozruchu? Moim zdaniem warto byłoby zacząć od wykonania pomiarów. Sprawdzenia jakie prądy płyną w układzie i wówczas właściwie dobrać układ sterowania w tym zabezpieczenia. Polecam Panu bezpłatne filmowe szkolenie które powinno dużo wyjaśnić:
Grzegorz Reczyński
6 marca 2023 o 20:46
Okazało się że czas przełączenia z gwiazdy na trójkąt był powodem. Zmniejszyłem że 150ms na 75ms i układ gwiazda trójkąt już nie stwarza problemów. Pomiary były robione nie raz , teraz już jest ok, dzięki.