cubus-adsl.dk - Motor med stjerne-trekant start

Almindelige 3-fasede kortslutningsmotorer er enten koblet i stjerne eller i trekant. Betegnelserne henviser til den måde, som motorens 3 viklinger forbindes på. Tegnet i diagramform danner viklingerne henholdsvis en stjerne og en trekant.

En motor kan også startes op i stjernekonfiguration, for herefter at blive omkoblet til trekant.

At koble en motor i trekant eller stjerne

Netspænding defineres som spændingsforskellen mellem to faser (fx 400 V), mens fasespænding er den spænding, der kan måles mellem en fase og nul (fx 230 V).

Trekant

De nominelle værdier for de ovennævnte to spændinger er nu om dage snarere 400 V og 690 V.

Nedenfor ses en skitse over klemkassen på sådan en motor. Endvidere ses, hvordan såkaldte lasker (kortslutningsbøjler) skal placeres mellem terminalerne for at danne en Δ-kobling. Ved 3-kant-kobling anvendes 3 lasker.

På diagrammet fremgår det tydeligt, at ved Δ-kobling bliver motorens enkelte viklinger udsat for netspændingen - hver ende af en vikling har forbindelse til hver sin fase.

Fasernes rækkefølge i klemkassen har betydning for, hvilken vej motorens aksel drejer. Ved at ombytte to vilkårlige faser, vil motoren dreje den modsatte vej. Når de tre faser monteres faseret til motorens klemmer, så drejer motorens aksel højre om set fra akselenden.

Det er også værd at bemærke, at motorens terminaler systematisk er mærket U1-U2, V1-V2 samt W1-W2. Et symbolpar udgør hver sin ende af en vikling. Andre benævnelser ses også, fx parrene U-X, V-Y, og W-Z.

Stjerne

Nedenfor ses, hvordan laskerne placeres i motorklemkassen for at forbinde motoren i stjerne.

På ovenstående tegning til venstre ses, at den ene ende af alle viklingerne er forbundet sammen i et stjernepunkt. Den anden ende af hver vikling er tilsluttet hver sin fase. På den måde ligger der over hver vikling, hvad der svarer til fasespændingen, fx 230 V. Forholdet mellem fase- og netspænding er kvadratrod 3.

Hvorfor stjerne-trekant start?

Udover den længerevarende startstrøm (et antal sekunder) ved start af en 3-faset asynkronmotor (i datablade ses startstrømmen på forskellige motorer at variere mellem 2 og 11 gange den nominelle strøm), opstår der også en meget kortvarig såkaldt subtransient strøm. Denne kortvarige strømspids (10-15 ms) har en størrelse på 2 til 2,5 gange den almindelige startstrøm (tommelfingerregel: 2 gange).

Subtransientens meget korte varighed gør, at den ikke får nogen indflydelse på et traditionelt motorværn med smeltesikringer som kortslutningsbeskyttelse og et termorelæ med bimetaller som overbelastningsbeskyttelse. Anvendes der derimod en maksimalafbryder som motorværn, kan strømspidsen under start meget vel aktivere den uforsinkede kortslutningsudløser, såfremt der ikke tages højde for fænomenet ved dimensionering og indstilling af maksimalafbryderen.

Hvis en 3-faset asynkronmotor har en startstrøm på 6 gange den nominelle strøm og yderligere en subtransient på 2 gange, skal der altså tages højde for en startstrøm ved direkte start på 12 gange den nominelle strøm i et antal millisekunder når der er maksimalafbrydere inde i billedet som beskyttelsesudstyr.

En motors startstrøm er generelt højere end den strøm, der trækkes, når motoren er kommet op på sin normale rotationshastighed. Ved direkte start siger en tommelfingerregel, at strømmen er ca 6 gange så høj som driftsstrømmen ved fuld last. Ved at gøre brug af stjerne-trekant styringen kan startstrømmen reduceres til ca en trediedel (svarende til det dobbelte af strømstyrken ved fuld last).

Årsagen til den stærkt formindskede startstrøm ved Y/Δ-start bunder i, at en motors viklinger, der er egnet til Y/Δ-start, er konstrueret til netspændingen. I stjernekonfiguration bliver hver vikling kun påtrykt fasespændingen. Den reducerede spænding over hver vikling betyder mindre strømoptag, men også mindre "power" i opstartsfasen. Derfor er det ikke i alle tilfælde, at stjerne-trekant start er velegnet.

På ovenstående billede af en motors mærkeplade kan det skimtes, at motoren er beregnet til en netspænding på 380 V og at den skal kobles i trekant (Δ). Ved at lade motoren komme op i omdrejninger i stjerneforbindelse, kan startstrømmen reduceres til 80-90 A (i stedet for ca 250 A).

Betingelser for stjerne-trekant start

Hvordan stjerne-trekant start?

En motor med Y/Δ-start bliver til forskel fra ovenstående forsynet med 6 ledere plus den grøn-gule beskyttelsesleder. Der kan være tale om en manuel omkobler, hvor brugeren selv skifter over når motoren har nået sit omdrejningstal. Oftere er der dog tale om ren automatik ved hjælp af kontaktorer og en timer.

Hovedrelæet på ovenstående billede forsyner fra start til slut motoren med faser på klemmerne U1, V1 og W1. Stjernerelæet sørger for i opstartsfasen at kortslutte motorterminalerne U2, V2 og W2, svarende til de tidligere nævnte laskers placering i en stjernekoblet motor. I toppen af stjernerelæet ses de sløjfede ledninger (sorte), der udgør denne kortslutning så længe relæet er trukket.

En timer sørger for automatisk omkobling til trekant efter en forudindstillet tid, fx 5 sek. Stjernerelæet kobler ud, og efter en lille forsinkelse på ca 0,1 sek kobler trekantrelæet ind og forsyner U2, V2 og W2 med faser svarende til laskernes placering ved en trekantkoblet motor.

Hovedstrøm og styrestrøm

Termorelæet

En anden detalje, hvor termorelæet udmærker sig i forhold til sikringer, er en såkaldt differentialudløsning, der sørger for udkobling ved uens belastning i de 3 faser. Manglende symmetri indikerer fejl, fx at en fase er røget.

Termorelæet består blandt andet af nogle bimetaller, som vrider sig ved varmepåvirkning fra de gennemførte faser til motoren. Jo større strømmen er, jo mere varme udvikles der. Vrider bimetallerne sig ud over den indstillede grænse påvirkes en styrestrømskontakt. Det er altså ikke kontaktsæt i selve termorelæet, der afbryder hovedstrømmen. Termorelæets styrestrømskontakt indgår i styringen på en sådan måde, at kontaktorerne (hovedrelæet, Y- og Δ-relæet) kobler ud, hvis termorelæet registrerer en overbelastning (eller som nævnt en skæv belastning).

På diagrammet over hovedstrømmen kan det ses, at termorelæet er placeret i forlængelse af den ene ende af motorens viklinger (i modsætning til hvis det var placeret i de 3 forsyningsledninger L1, L2 og L3). I sidstnævnte tilfælde ville termorelæet blive gennemløbet af den fulde strøm (netstrømmene). Sådan som termorelæet er placeret på diagrammet gennemløbes det kun af fasestrømmene. Forholdet mellem net- og fasestrøm i en Δ-kobling er kvadratrod 3, præcis som det var tilfældet med net- og fasespænding i en stjerneforbindelse. Et termorelæ til en motor med en driftsstrøm på 42 A ville skulle indstilles til:

Y/Δ-styringen kan i øvrigt i mange tilfælde med fordel erstattes af en såkaldt softstarter, der er en elektronisk regulering baseret på thyristorer. Softstartere tilbyder en bedre kontrol (parametre, der kan indstilles) og et bedre moment i opstartsfasen.