Voor mijn eindwerk op school heb ik een spuitgietmachine en onder het elektrische moet ik de motor bespreken. Deze staat in ster-driehoek geschakeld. De motor start op in ster omdat de aanloopstroom 3x kleiner is dan bij driehoek. Na ongeveer 5 seconden schakelt de motor over op driehoek, als deze op toeren is. Nu zal de motor ook 3x meer koppel hebben dan bij ster. Wat zou u nog meer zeggen? We weten dus dat de verhouding van ster en driehoek 1/3 is, de stroom en het koppel dan. De drie statorwikkelingen van deze motoren zijn over het algemeen in ster- of driehoek geschakeld. De termen ster en delta worden veel gebruikt; D/Y verwijst naar Delta en Y-verbindingen.
Fundamentele begrippen van ster-driehoek schakelingen
Het systeem van driefasige elektrische stroom werd ontwikkeld om een roterend magnetisch veld te creëren dat de rotor van asynchrone motoren in beweging brengt. Bij sterschakeling zijn de drie wikkelingen met hun stereinden op een gemeenschappelijk punt verbonden, waardoor de netfasespanning op elke wikkeling wordt aangelegd (bij een 0,4 kV netwerk 220 volt per wikkeling). In driehoekschakeling zijn de uiteinden van de wikkelingen in serie geschakeld; de spanning over elke wikkeling is dan de lijnspanning (380 volt per wikkeling in een 380/400 V-net).
Aansluiting en verhoudingen
- In ster (Y) schakeling is het lineaire spanningsniveau per wikkeling lager dan in delta; de aanloopstroom is aanzienlijk kleiner, wat de start stroomeffecten verlaagt.
- In delta (Δ) schakeling krijgt elke wikkeling een hogere spanning, waardoor het motorvermogen en het koppel toenemen wanneer de motor draait, maar de aanloopstroom hoger is.
- De omschakeling ster-driehoek gebeurt meestal wanneer de motor op snelheid is; de overschakeling moet plaatsvinden terwijl de machine toeren heeft bereikt om overslag te voorkomen.
De rol van tijdrelais en contactoren
De omschakeling van ster naar driehoek wordt vaak geregeld door tijdrelais. Na een ingestelde tijd (bijv. 5-7 seconden) wordt de driehoekbekrachtiging geactiveerd en kan de motor op volledig vermogen draaien. Dit voorkomt dat de motor te lang in ster staat en te weinig vermogen levert. Relais KT1, KM3 en KM2 spelen daarbij een cruciale rol in het aansturen van de wikkelingen en het voorkomen van overlap tussen fasen.
Praktische schakelingstekening en diagnose
Een eenvoudige diagnose kan worden uitgevoerd door een lampje in de keten te plaatsen die visueel laat zien of de keten tot een bepaald punt komt. Als KM1 en KM3 slechts voor korte duur bekrachtigd worden, kan KM1 niet lang genoeg trekken of kan KT2 te snel uitschakelen, waardoor de keten niet verder komt dan een vroeg stadium. Het is ook mogelijk om de kloktijden tussen KT2 open en dicht te doseren om te voorkomen dat KT2 gelijk zichzelf uitschakelt.
Verduidelijking van de keten en doel van KT2 en KT3
KT2 en KT3 zorgen voor de tijdsafhankelijke wisseling tussen ster en delta en bepalen zo wanneer KM1, KM3 en KM4 worden bekrachtigd. Het doel is dat KM5 pas afvalt nadat KT2 actief is geweest, zodat de keten correct overstapt op driehoek en de motor vol vermogen kan leveren zonder abrupt uit te vallen. Een NO-Contact van KH5 parallel met S1 moet een vertraagd uitschakelend contact zijn; anders zal het schakelsysteem nooit correct werken.
Relais en componenten in de schakeling
Relais en spoelen maken een grote stroombelasting mogelijk via een kleine besturing. Een relais is een schakelaar die door een elektromagneet wordt bediend; een microschakelaar kan de spoel bedienen zonder de hoofdspanning te dragen. Voor betrouwbaarheid wordt vaak een diode parallel aan de spoel geplaatst om overspanning te dempen wanneer het relais uitschakelt. Een optocoupler kan extra isolatie bieden.
Toepassingen en overwegingen
De ster-driehoek schakeling dient om de aanloopstroom van asynchrone draaistroommotoren te beperken. Bij lage belastingen kan direct starten op driehoek mogelijk zijn, maar bij hogere aanloopstromen kan dit leiden tot netspanningsdippen. In moderne installaties wordt vaak een softstarter of frequentieregelaar toegepast als alternatief voor ster-driehoek schakelingen, zoals de Altivar-serie.
Ster Driehoek
Overzicht van de belangrijkste concepten
- Ster-driehoek schakeling vermindert aanloopstroom en maakt soepele start mogelijk.
- Schakeling gebeurt nadat de motor snelheid heeft bereikt om overbelasting te voorkomen.
- Vertragingen in KT2 en KT3 zijn cruciaal om verblijven in ster- of delta-fase te controleren.
- Relais en spoelen schakelen de werking van KM1, KM3, KM4, KM5 en KH5 in de juiste volgorde.
- Praktische diagnose kan enkel met meet- en visuele indicatoren zoals lampjes en sensoren.
Samenvatting van praktische tips
- Meet de tijdsduur tussen KT2 openen en sluiten en pas waar nodig aan om een correcte omschakeling te garanderen.
- Plaats eventueel een lampje in de keten om te observeren in welke fase de schakeling zich bevindt.
- Overweeg een softstarter of frequentieregelaar voor betrouwbaardere en efficiëntere aanloop.