Связь между треугольным и звездообразным подключением электродвигателя и сравнение их преимуществ и недостатков 

Один и тот же трехфазный двигатель можно подключить по схеме «треугольник», что соответствует низкому напряжению, или по схеме «звезда», что соответствует высокому напряжению; высокое напряжение в 3 раза превышает низкое. Например, для двигателя на 380 В, подключенного по схеме «треугольник», напряжение при подключении по схеме «звезда» составит 660 В. Конкретный способ подключения должен соответствовать напряжению в сети.

При внимательном рассмотрении можно также заметить, что двигатели небольших размеров в основном подключаются по схеме «звезда», а двигатели больших размеров — по схеме «треугольник»; кроме того, можно заметить, что в подъемно-металлургических двигателях используется схема «звезда». Возможно, кто-то спросит: помимо требований к напряжению питания, в чём заключается разница между этими двумя схемами подключения с точки зрения самого двигателя?

В принципе, при звездообразном соединении внутри двигателя не возникают контурные токи, что теоретически превосходит треугольное соединение. Дело в том, что трехфазные обмотки не могут быть абсолютно сбалансированными, а напряжения в фазах всегда имеют небольшие различия, в результате чего внутри треугольного соединения образуются контурные токи, приводящие к нагреву двигателя и снижению его эффективности. Использование треугольного соединения имеет исторические причины, а именно так называемый пуск «звезда-треугольник». Пуск «звезда-треугольник» позволяет эффективно снизить пусковой ток, но при этом снижает пусковой момент, поэтому его можно использовать только при пуске с небольшой нагрузкой или без нагрузки.

Анализ преимуществ и недостатков методов «треугольник» и «звездочка»

Мы видим, что для двигателей вентиляторов и насосов вполне подходит пуск по схеме «звезда-треугольник», но на кранах такая схема, безусловно, не используется. В краностроении чаще всего применяется пуск с резистором в обмотке ротора, и на то есть свои причины. Конечно, в современных условиях пуск с помощью частотно-регулируемого привода полностью решает подобные проблемы.
При треугольном соединении используются три фазные провода, и на фазные обмотки подается линейное напряжение (точнее говоря, напряжение на концах проводов или напряжение между внешними питающими проводами); при звездообразном соединении используются три фазные провода и один нулевой провод, и на фазные обмотки подается напряжение, равное одной трети от линейного напряжения. Они значительно различаются по назначению, которое в основном зависит от характера нагрузки и особенностей источника питания.
1. Различия в источниках питания
Независимо от того, используется ли трехпроводная или четырёхпроводная схема (без учёта заземляющего провода), фазовый угол между фазами трёхфазного напряжения в идеальных условиях составляет 120 градусов. Предположим, что из-за периодических помех в обмотках фаз на стороне нагрузки возникают гармоники 3N-й порядка, 3N*120=360N, что означает, что фазы трехфазного напряжения 3N-го порядка полностью совпадают. Если амплитуды также одинаковы, то гармоники 3N-го порядка трех групп линейного напряжения полностью компенсируются, то есть в межфазном напряжении отсутствуют гармоники, кратные целому числу 3.

В случае треугольного соединения вышеупомянутые токи гармоник 3N-й порядка, имеющие одинаковую фазу, замыкаются внутри этого треугольника и, оставаясь в его пределах, образуют бесконечный циркулирующий ток. Поэтому при наличии гармоник выбор между треугольным и звездообразным соединением можно определять исходя из того, могут ли в напряжении или токе присутствовать гармоники 3N-го порядка.
2. Сравнительный анализ нагрузочных условий
На самом деле трехфазная схема является абстракцией от четырехфазной: когда по N-й фазе ток полностью отсутствует, трехфазная схема приравнивается к четырехфазной. Поскольку наши нагрузки или источники питания, как правило, представляют собой полностью сбалансированные трехфазные системы, при пренебрежении током утечки в заземляющий провод по нейтральному проводу ток отсутствует. Такую трехфазную нагрузку можно преобразовать с помощью преобразования «звезда-треугольник» в треугольную схему, то есть в треугольное соединение.

Однако при несимметричной нагрузке или несимметричном напряжении между средней точкой нагрузки и средней точкой источника питания фактически существует разность потенциалов, в результате чего напряжение на нагрузке будет колебаться. Если средняя точка источника питания заземлена, нагрузка должна быть изолирована; в случае непреднамеренного заземления в легких случаях сразу сработает устройство защиты от утечки тока, а в тяжелых случаях оборудование может сгореть. Таким образом, если «замкнуть» эти две точки, то есть создать часть тока в этом проводе, чтобы принудительно выровнять эти разные потенциалы до одного уровня, можно будет выполнить заземление без опасности утечки тока, а также будет проще обеспечить электромагнитную совместимость. Этот «короткий путь» и является нейтралью, и таким образом получается звездообразная схема подключения.