Какой конденсатор нужен для двигателя 1.8 квт. Как подключить однофазный электродвигатель через конденсатор: пусковой, рабочий и смешанный варианты включения

Питание обычного синхронного и асинхронного двигателя осуществляется от сети переменного напряжения. Существуют также и «необычные» движки, например, питающиеся от бортовой сети транспортных средств или от специальных генераторов. Принцип их работы такой же, но частота питающего напряжения, как правило, заметно больше 50 Гц.

В электродвигателе переменного тока статор обеспечивает пространственное перемещение магнитного поля. Без этого ротор не сможет начать вращение самостоятельно.

Роль конденсаторов в электроприводе

Если напряжение питания однофазное, с помощью конденсатора можно получить в статоре перемещение магнитного поля. Для этого в нем нужна дополнительная обмотка. Она подключается через конденсатор. Величина его емкости прямо пропорционально влияет на пусковой крутящий момент. Если измерять его величину (ось ординат) соответственно увеличению емкости (ось абсцисс), получится кривая. С определенного значения величины емкости приращение момента станет все меньше и меньше.

Величина емкости, начиная с которой приращение крутящего момента заметно уменьшается, будет оптимальной для пуска данного мотора. Но для разогнанного движка и его продолжительной работы пусковой конденсатор всегда слишком велик своей емкостью. Для поддержания стабильной работы электродвигателя применяется рабочий конденсатор. Его емкость меньше, чем у пускового. Правильно подобрать рабочий конденсатор также можно экспериментально.

Как определить оптимальную величину емкости

Для этого потребуется несколько конденсаторов, соединяемых параллельно. По ходу соединений амперметром измеряется ток, потребляемый электромотором. Он будет уменьшаться по мере увеличения суммарной емкости. Но с определенной величины ее ток начнет увеличиваться. Минимальному значению величины силы тока соответствует оптимальное значение емкости рабочего конденсатора. Для нормальной работы движка применяются два конденсатора с возможностью параллельного соединения между собой. Схема подключения, содержащая пусковой и рабочий конденсатор, показана далее.

При пуске они соединяются, образуя наилучшую по величине емкость для разгона движка. Зачем применять отдельный пусковой конденсатор такой же емкости, если установка получится неоправданно громоздкой. Поэтому выгодно использовать емкость, составленную из двух частей. Хотя в нее входит и рабочий конденсатор, он при пуске становится частью пускового виртуального конденсатора. А отключаемые так и называются - пусковые конденсаторы.

Расчет рабочей емкости

Экспериментальное определение емкости конденсаторов наиболее точное. Однако эксперименты эти занимают немалое время и довольно трудоемки. Поэтому на практике в основном используются оценочные методы. Для них потребуется значение мощности движка и коэффициенты. Они соответствуют схеме «звезда» (12,73) и «треугольник» (24). Величина мощности необходима для расчета силы тока. Для этого ее паспортное значение делится на 220 (величина действующего напряжения электросети). Мощность принимается в ваттах.

• Полученное число умножается на соответствующий коэффициент и дает величину микрофарад.

Подбор пусковой емкости

Но упомянутым способом определяется емкость рабочего конденсатора. Если движок задействован в электроприводе, с ним он может не запуститься. Потребуется дополнительный пусковой конденсатор. Чтобы не утруждать себя, выполняя подбор, можно начать с такого же по величине емкости. Если двигатель так и не запускается из-за нагрузки со стороны привода, надо добавлять параллельно .

После каждого подсоединяемого экземпляра нужно подавать напряжение на движок для проверки запуска. После пуска движка последний из подсоединенных конденсаторов завершит формирование емкости, необходимой для двигателя в режиме запуска. Если по какой-либо причине после пребывания в подсоединенном состоянии к электросети конденсатор отсоединяется от нее, его надо обязательно разрядить.

Для этого следует использовать резистор номиналом в несколько килоом. Предварительно, перед тем как подключить, его выводы надо согнуть так, чтобы их концы получились на том же расстоянии, что и клеммы. Резистор берут за один из выводов пассатижами с изолированными рукоятками. Прижимая выводы резистора к клеммам на несколько секунд, разряжают конденсатор. После этого желательно удостовериться мультиметром-вольтметром, сколько вольт на нем. Желательно, чтобы напряжение либо обнулилось, либо осталось менее 36 В.

Металлобумажные и пленочные конденсаторы

Величина 220 В напряжения сети переменного тока, используемая для технических характеристик двигателей, соответствует действующему значению. Но при нем амплитудное значение напряжения составит 310 В. Именно до этого уровня будет заряжаться конденсатор электродвигателя. Поэтому номинальное напряжение пускового и рабочего конденсатора выбирается с запасом и составляет не менее 350 вольт. Наиболее надежными разновидностями их являются металлобумажные и металлопленочные конденсаторы.

Но их размеры велики, а емкости одного конденсатора недостаточно для большинства промышленных движков. Например, для движка мощностью 1 кВт только рабочая емкость получается равной 109,1 мкФ. Следовательно, пусковая емкость получится более чем в 2 раза больше. Чтобы выбрать конденсатор нужной емкости, например, для движка 3 кВт при наличии уже выбранного экземпляра для мощности 1 киловатт, его можно взять за основу. В этом случае один конденсатор заменяется тремя, подключенными параллельно.

Для работы движка нет разницы, какие конденсаторы - один или три - задействованы при включении. Но выбирать лучше три. Этот вариант отличается экономичностью, несмотря на большее число соединений. Перенапряжение повредит только один из трех. И его замена обойдется дешевле. Один большой конденсатор при замене будет отличаться существенно более высокой ценой.

Если нужен оптимальный по размеру экземпляр, его подбирают в таблице по приведенным данным.

Электролитические конденсаторы

Рассматриваемые металлопленочные конденсаторы стабильны, надежны и долговечны при соблюдении правильных условий эксплуатации, среди которых важнейшим параметром является напряжение. Но в электросети в результате коммутации потребителей, а также по другим причинам возможны перенапряжения. Если происходит пробой изоляции обкладок, они становятся непригодными для дальнейшей работы. Но подобное происходит не часто и основной проблемой применения этих моделей являются габариты.

Более компактной альтернативой могут быть электролитические конденсаторы (т.н. электролиты). Они имеют существенные отличия своими меньшими размерами и структурой. Поэтому могут заменить несколько единиц металлобумажных на 1 электролит. Но свойства их структуры ограничивают продолжительность срока службы. Хотя есть и положительная сторона - самовосстановление после пробоя. Продолжительная работа электролитов на переменном токе невозможна. Он нагреется и, в конце концов, разрушится, по крайней мере, предохранительный клапан. А то и корпус.

Чтобы предотвратить подобные происшествия, необходимо подсоединить диоды. Подключение пускового конденсатора с диодами делается, как показано далее на изображении. Но это не значит, что можно применить любую из моделей электролитов с напряжением 350 В или больше. Уровень пульсаций и частота их строго регламентированы. Если происходит превышение этих параметров, начинается нагрев. Конденсатор может выйти из строя. Для запуска и работы двигателей изготавливаются специальные электролиты с диодами внутри. Необходимо применять для движков только такие модели.

В технике нередко используются двигатели асинхронного типа. Такие агрегаты отличаются простотой, хорошими характеристиками, малым уровнем шума, легкостью эксплуатации. Для того, чтобы асинхронный двигатель вращался, необходимо наличие вращающегося магнитного поля.

Такое поле легко создается при наличии трехфазной сети. В этом случае в статоре двигателя достаточно расположить три обмотки, размещенные под углом 120 градусов друг от друга и подключить к ним соответствующее напряжение. И круговое вращающееся поле начнет вращать статор.

Однако бытовые приборы обычно используются в домах, в которых чаще всего имеется только однофазная электрическая сеть. В этом случае обычно применяются однофазные двигатели асинхронного типа.

Если на статоре двигателя поместить одну обмотку, то при протекании переменного синусоидального тока в ней образуется пульсирующее магнитное поле. Но это поле не сможет заставить ротор вращаться. Чтобы запустить двигатель надо:

• на статоре разместить дополнительную обмотку под углом около 90° относительно рабочей обмотки;
• последовательно с дополнительной обмоткой включить фазосдвигающий элемент, например, конденсатор.

В этом случае в двигателе возникнет круговое магнитное поле, а в короткозамкнутом роторе возникнут токи.

Взаимодействие токов и поля статора приведет к вращению ротора. Стоит напомнить, что для регулировки пусковых токов — контроль и ограничение их величины — используют .

Варианты схем включения — какой метод выбрать?

В зависимости от способа подключения конденсатора к двигателю различают такие схемы с:

• пусковым,
• рабочим,
• пусковым и рабочим конденсаторами.

Наиболее распространенной методом является схема с пусковым конденсатором .

В этом случае конденсатор и пусковая обмотка включаются только на момент старта двигателя. Это связано со свойством продолжения агрегатом своего вращения даже после отключения дополнительной обмотки. Для такого включения чаще всего используется кнопка или .

Поскольку пуск однофазного двигателя с конденсатором происходит довольно быстро, то дополнительная обмотка работает небольшое время. Это позволяет для экономии выполнять ее из провода с меньшим сечением, нежели основная обмотка. Для предупреждения перегрева дополнительной обмотки в схему часто добавляют центробежный выключатель или термореле. Эти устройства отключают её при наборе двигателем определенной скорости или при сильном нагреве.

Схема с пусковым конденсатором имеет хорошие пусковые характеристики двигателя. Но рабочие характеристики при таком включении ухудшаются.

Это связано с , когда вращающееся поле является не круговым, а эллиптическим. В результате этого искажения поля возрастают потери и падает КПД.

Более хорошие рабочие характеристики можно получить при использовании схемы с рабочим конденсатором .

В этой схеме конденсатор после запуска двигателя не отключается. Правильным подбором конденсатора для однофазного двигателя можно компенсировать искажение поля и повысить КПД агрегата. Но для такой схемы ухудшаются пусковые характеристики.

Необходимо также учитывать, что выбор величины емкости конденсатора для однофазного двигателя производится под определенный ток нагрузки.

При изменении тока относительно расчетного значения поле будет переходить от круговой к эллиптической форме и характеристики агрегата ухудшатся. В принципе, для обеспечения хороших характеристик необходимо при изменении нагрузки двигателя менять величину емкости конденсатора. Но это может слишком усложнить схему включения.

Компромиссным решением является выбор схемы с пусковым и рабочим конденсаторами . Для такой схемы рабочие и пусковые характеристики будут средними по сравнению с рассмотренными ранее схемами.

В общем, если при подключении однофазного двигателя через конденсатор требуется большой пусковой момент, то выбирается схема с пусковым элементом, а при отсутствии такой необходимости – с рабочим.

Подключение конденсаторов для запуска однофазных электродвигателей

Перед подключением к двигателю можно на работоспособность.

При выборе схемы у пользователя всегда есть возможность выбрать именно ту схему, которая ему подходит. Обычно все выводы обмоток и выводы конденсаторов выведены в клеммную коробку двигателя.

Чтобы установить , необходимо кроме обладания определенными знаниями оценить все плюсы и минусы данного вида энергоснабжения помещений.

Наличие трехжильной проводки в частном доме предполагает использование , которую можно сделать своими руками. Как заменить электропроводку в квартире по типовым схемам, можно узнать .

При необходимости модернизировать схему или самостоятельно сделать расчет конденсатора для однофазного двигателя можно, исходя из того, что на каждый киловатт мощности агрегата требуется емкость в 0,7 — 0,8 мкФ для рабочего типа и в два с половиной раза большая емкость для пускового.

При выборе конденсатора необходимо учитывать, что пусковой должен иметь рабочее напряжение не меньше 400 В.

Это связано с тем, что при пуске и остановке двигателя в электрической цепи из-за наличия ЭДС самоиндукции возникает всплеск напряжения, достигающий 300-600 В.

Выводы :

1. Однофазный асинхронный двигатель широко используется в бытовых приборах.
2. Для запуска такого агрегата необходима дополнительная (пусковая) обмотка и фазосдвигающий элемент — конденсатор.
3. Существуют различные схемы подключения однофазного электродвигателя через конденсатор.
4. Если надо иметь больший пусковой момент, то используется схема с пусковым конденсатором, при необходимости получения хороших рабочих характеристик двигателя используется схема с рабочим конденсатором.

Подробное видео о том, как подключить однофазный двигатель через конденсатор

В электротехнике часто бывают варианты, когда подключается электрический мотор, собранный для пуска от сети 380 вольт к бытовой сети. Применяются накопители емкости для пуска электрических моторов.

Конденсаторы могут отличаться по виду исполнения и назначению, не каждый накопитель емкости применяется в стартовом пуске электрического мотора в сети 220. По этим причинам надо понимать, как сделать расчет пускового конденсатора, какой вид стартового накопителя надо выбрать, чем они отличаются в работе электрического мотора с сетью 220 вольт. Рассмотрим, что собой представляет емкостной накопитель.

Назначение

Когда ставится вопрос, что такое пусковой конденсатор, рекомендуется рассмотреть принцип работы накопителя емкости, зачем нужны конденсаторы для запуска электродвигателя. В его конструкции применяется свойство проводников − поляризация, когда расположенные близко один от другого проводника заряжаются. Для снятия заряда в конструкции конденсатора применяются пластины, располагаются они напротив друг друга, между ними устанавливается диэлектрик.

Современные производители емкостных накопителей предлагают «condenser» разных модификаций, с разными значениями, для разного применения. Покупателю остается только выбрать накопитель для схемы.

В электрических моторах применяются конденсаторы пусковые для электродвигателей, которые работают от 220 вольт. Пусковой конденсатор нужен, чтобы раскрутить вал электрического двигателя, часто он находится под нагрузкой.

Конденсаторы в своей конструкции имеют особенности, это:

• в качестве диэлектрика выступает разный материал, в электролитических изделиях марки СВВ – оксидная пленка, которая наносится на один из встроенных электродов;
• полярные емкости – это небольшие размеры, но способны накапливать большую емкость;
• неполярный condenser (элемент схемы), обладает большими габаритами, но включается в цепь без учета полярности, характеризуется высокой стоимостью.

В системе пуска электрического мотора в сети на 220 применяется рабочий накопитель емкости и пусковой конденсатор, пусковой накопитель работает только в момент старта электродвигателя, пока ротор не наберет необходимых для работы оборотов. Пусковой элемент в цепи определяет следующие факторы:

1. Пусковой накопитель электрического заряда приближает электрическое поле в момент старта к круговому полю электромотора;
2. Дает возможность значительно повысить параметры магнитного потока;
3. Увеличивает пусковой момент, улучшает работу электродвигателя.

Когда в штатном порядке предусматриваются пуск трехфазного двигателя от бытовой электросети и дальнейшая его эксплуатация, наличие емкости в цепи пуска продлевает длительность эффективного использования мотора, так как часто на валу находится рассчитанная нагрузка. Неполярные конденсаторы имеют большее рабочее напряжение.

Электромотор на 3 фазы в электросети 220в

Есть разные виды старта электромоторов промышленного применения в электросети 220 вольт, но чаще применяются пусковые конденсаторы для старта электродвигателя. Этот способ основывается на включении третьей статорной обмотки в цепь питания через condenser, сдвигающий фазу.

Важно! При использовании электромотора 3-х фазного исполнения в однофазной сети его мощность от номинальных параметров работы в сети 380 вольт понижается до 60%. Кроме этого не каждая марка электродвигателя удовлетворительно работает от 220 вольт – это движки марки МА. Рекомендуется для переключения работы электромоторов с сети 380 на 220 вольт использовать марки электромоторов: АПН, А, УАД и другие движки.

Для пуска двигателя с конденсаторным стартом необходимо, чтобы емкость накопителя могла меняться от оборотов двигателя, что реализовать практически невозможно. По этой причине специалисты рекомендуют управлять электрическим двигателем в две ступени: когда проводится старт электромотора, в работе используются два накопителя емкости, достигнув рабочих оборотов двигателя, пусковой накопитель отключается, остается только рабочий конденсатор.

Как сделать расчет конденсаторов

Правильное применение включения указывается в паспортных данных электромотора. Если там показано, что двигатель может работать от сети питания 380/220в, тогда для 220 надо применить конденсатор для электродвигателя и подключить его по следующей схеме.

Работает схема следующим образом: включая выключатель П1, замыкаем его контакты П1.1, а также П1.2. В этот момент надо сразу нажать на кнопку «Разгон», когда электромотор наберет нужные обороты, ее отпускают. Реверс, или обратное вращение электродвигателя, в этом подключении можно реализовать при помощи переключателя SA1, но после полной остановки двигателя.

Различают подбор накопителя емкости Ср, когда обмотки электромотора соединены по схеме ∆ – треугольник, вычисляется формулой:

Расчет накопителя емкости Ср, когда обмотки электромотора соединены по схеме Y – звезда, вычисляется формулой:

• накопитель (capacitors) рабочий (Ср), измеряется (мкФ);
• ток, электромотора (I), измеряется (А);
• напряжение сети (U), измеряется (В).

Потребляемый ток электромотором вычисляется формулой:

По формуле:

• мощность двигателя можно посмотреть в паспортных данных или на шильдике, закрепленном на корпусе электромотора (Р), измеряется в ваттах (Вт);
• КПД (коэффициент полезного действия) – h;
• коэффициент мощности электромотора – cos j;
• сетевое напряжение (U), измеряется в вольтах (B).

Обратите внимание! Пусковой конденсатор надо подбирать в два или 2,5 раза выше по емкости накопителя рабочего, так как они рассчитываются не по напряжению сети, а в 1,5 раза выше него. Так для однофазной сети 220 вольт рекомендуется использовать емкостные накопители марки: МБГЧ или МБГО, у которых рабочим напряжением является 500 вольт. Ощутимой разницы, какой из этих конденсаторов выберете, не будет, они оба хорошо себя зарекомендовали.

Для кратковременного применения можно в качестве пусковых конденсаторов применять накопители электролитические, марки К50-3 или КЭ, напряжение рабочее больше 450 вольт.

Необходимо отметить, когда применяются электролитические накопители емкости, их рекомендуют соединять последовательно для надежности и использовать диодный шунт.

(С общ.)=С1+С2/2.

В действительности проще использовать таблицы выбора конденсаторов по мощности электродвигателя.

Важно! Выбирая «capacitors» электромотору, необходимо учесть, что при холостом ходе, накопитель емкости, включенный в обмотку, пропускает электрический ток до 30% выше номинального. Это надо учитывать, исходя из режима эксплуатации электродвигателя. Когда он часто работает без нагрузки или с неполной нагрузкой, емкость (Ср) подбирают с более низким номиналом, а когда происходит перегрузка и остановка двигателя, надо снова произвести пуск.

Переносной блок

На практике часто применяется переносной блок для старта трехфазных электромоторов небольшой мощности в пределах 500 ватт, без условий реверса.

Работа переносного блока происходит следующим образом:

• нажимая кнопку (SB1), подаем питание на пускатель магнитный (КМ1), переключатель (SA1) в положении «замкнут»;
• группа контактов магнитного пускателя (КМ1.1 и КМ1.2) подключает в этот момент электромотор (М1) к электрической сети напряжением 220 вольт;
• одновременно следующая контактная группа магнитного пускателя (КМ3.1) проводит замыкание кнопки (SB1);
• когда электромотор набрал нужное количество оборотов кнопкой (SA1) отключают стартовый capacitors (С1);
• электродвигатель останавливается нажатием на кнопку (SB2).

Реализовывается переносной блок и с автоматическим отключением пускового накопителя емкости, для этого надо в схему ввести дополнительное устройство, реле, которое заменит работу тумблера (SA1). Отличия в применении блока и схемы подключения одного двигателя в том, что с блоком легко работать с несколькими двигателями.

Конденсаторный пуск

Необходимо отметить, что и для запуска однофазного двигателя применяется конденсаторный пуск. Отличие этого вида двигателей от трехфазных электромоторов в том, что они не теряют мощности, но так как пусковой момент низкий, нужен пусковой накопитель емкости.

Электродвигатели такого вида имеют в своей конструкции две статорные обмотки, для работы их применяется такая же схема запуска с использованием конденсатора для однофазного двигателя. В этом случае общий накопитель емкости можно рассчитать из простой пропорции. Если не знаете, как подобрать конденсатор, каждые 0,1 киловатта мощности двигателя – 1 микрофарада емкости.

Важно! В данном расчете, упрощенном расчете емкости старта однофазного электродвигателя, полученный результат надо принимать за общую емкость, которая складывается из пусковой и рабочей емкости накопителей.

Специалисты проанализировали много вариантов подключения асинхронных электродвигателей, имеющих штатное питание от сети 380 В и переключаемых в работу от сети 220 В, и сделали следующие выводы:

1. Когда для двигателя делается подключение к сети 220 вольт, он теряет 50% своей мощности. Рекомендация – для уменьшения потери мощности сделать переключение обмоток со Y на соединение ∆. Такое переключение также понизит мощность, но не на 50%, а на 30% от номинальной мощности электромотора;
2. Подбирая конденсаторы в основную цепь (рабочий или пусковой), надо учитывать их рабочее напряжение, которое должно быть выше сетевого напряжения в полтора раза, желательно от 400 вольт;
3. Отличается схема электродвигателя питающегося от 220/127 вольт, обязательно надо включать схему Y «звезда», другой вид подключения ∆ «треугольник» сожжет электромотор;
4. Когда нет возможности найти пусковой и рабочий конденсатор для работы и старта двигателя, можно собрать цепочку из параллельно соединенных накопителей емкости. В этом случае: С общ.= сумме всех емкостей конденсаторов (С1+С2+С3…);
5. Если греется мотор в работе, можно занизить параметры рабочего condenser, включенного в обмотку электромотора. В том случае, если движку недостаточно мощи, надо экспериментально поднять параметры рабочего condenser, емкости.

В домашних целях можно использовать трёхфазный электродвигатель, который применяется в промышленности, но учитывайте тот фактор, что будут потери в мощности. Среди любителей переделок популярностью пользуются следующие марки конденсаторов:

• СВВ-60 – это металлизированный полипропиленовый накопитель емкости, его стоимость – 300 руб.;
• марка конденсаторов НТС – пленочные, которые стоят немного дешевле, 200 руб.;
• емкостные накопители Э92 стоимостью до 150 руб.;
• широко распространено применение металлобумажных накопителей емкости марки МБГО.

Встречаются случаи, когда не требуется пусковой конденсатор. Это возможно при запуске электромотора без нагрузки. Но если электромотор имеет большую мощность 3 квт и больше, конденсатор для старта движка необходим.

Видео

При подключении асинхронного трехфазного электродвигателя на 380 В в однофазную сеть на 220 В необходимо рассчитать емкость фазосдвигающего конденсатора, точнее двух конденсаторов - рабочего и пускового конденсатора. Онлайн калькулятор для расчета емкости конденсатора для трехфазного двигателя в конце статьи.

Как подключить асинхронный двигатель?

Подключение асинхронного двигателя осуществляется по двум схемам: треугольник (эффективнее для 220 В) и звезда (эффективнее для 380 В).

На картинке внизу статьи вы увидите обе эти схемы подключения. Здесь, я думаю, описывать подключение не стоит, т.к. это описано уже тысячу раз в Интернете.

Во основном, у многих возникает вопрос, какие нужны емкости рабочего и пускового конденсаторов.

Пусковой конденсатор

Ознакомьтесь также с этими статьями

Стоит отметить, что на небольших электродвигателях, используемых для бытовых нужд, например, для электроточила на 200-400 Вт, можно не использовать пусковой конденсатор, а обойтись одним рабочим конденсатором, я так делал уже не раз - рабочего конденсатора вполне хватает. Другое дело, если электродвигатель стартует со значительной нагрузкой, то тогда лучше использовать и пусковой конденсатор, который подключается параллельно рабочему конденсатору нажатием и удержанием кнопки на время разгона электродвигателя, либо с помощью специального реле. Расчет емкости пускового конденсатора осуществляется путем умножения емкостей рабочего конденсатора на 2-2.5, в данном калькуляторе используется 2.5.

При этом стоит помнить, что по мере разгона асинхронному двигателю требуется меньшая емкость конденсатора, т.е. не стоит оставлять подключенным пусковой конденсатор на все время работы, т.к. большая емкость на высоких оборотах вызовет перегрев и выход из строя электродвигателя.

Как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя?

Конденсатор используется неполярный, на напряжение не менее 400 В. Либо современный, специально на это рассчитанный (3-й рисунок), либо советский типа МБГЧ, МБГО и т.п. (рис.4).

Итак, для расчета емкостей пускового и рабочего конденсаторов для асинхронного электродвигателя введите данные в форму ниже, эти данные вы найдете на шильдике электродвигателя, если данные неизвестны, то для расчета конденсатора можно использовать средние данные, которые подставлены в форму по умолчанию, но мощность электродвигателя нужно указать обязательно.

Онлайн калькулятор расчета емкости конденсатора

Расчет емкости конденсатора22:

Добрый день, уважаемые читатели блога сайт

В рубрике «Принадлежности» рассмотрим конденсаторы для однофазных . У трехфазных двигателей при подключении к сети питания возникает вращающееся магнитное поле, за счет которого и происходит запуск двигателя. В отличие от трехфазных двигателей, у однофазных в статоре имеется две обмотки рабочая и пусковая. Рабочая обмотка подключена к однофазной сети питания напрямую, а пусковая последовательно с конденсатором. Конденсатор необходим для создания сдвига фаз между токами рабочей и пусковой обмоток. Самый большой вращающий момент в двигателе возникает тогда, когда сдвиг фаз токов обмоток достигает 90°, а их амплитуды создают круговое вращающееся поле. Конденсатор является элементом электрической цепи и предназначен для использования его ёмкости. Он состоит из двух электродов или правильней обкладок, которые разделёны диэлектриком. Конденсаторы имеют возможность накапливать электрическую энергию. В Международной системе единиц СИ за единицу ёмкости принимается ёмкость конденсатора, у которого на один вольт возрастает разность потенциалов при сообщении ему заряда в один кулон (Кл). Емкость конденсаторов измеряется в фарадах (Ф). Емкость в одну фараду очень большая. На практике используются более мелкие единицы измерения микрофарады (мкФ) одна мкФ равняется 10 -6 Ф, пикофарады (пФ) одна пФ равняется 10 -12 мкФ. В однофазных асинхронных двигателях в зависимости от мощности используются конденсаторы емкостью от нескольких до сотен мкФ.

Основные электрические параметры и характеристики

К основным электрическим параметрам относятся: номинальная емкость конденсатора и номинальное рабочее напряжение. Кроме этих параметров существует еще температурный коэффициент емкости (ТКЕ), тангенс угла потерь (tgd), электрическое сопротивление изоляции.

Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрический заряд характеризуется его емкостью. Емкость (С) определяется как отношение накопленного в конденсаторе заряда (q), к разности потенциалов на его электродах или приложенному напряжению (U). Емкость конденсаторов зависит от размеров и формы электродов, их расположения друг относительно друга, а также материала диэлектрика который разделяет электроды. Чем емкость конденсатора больше, тем и накопленный им заряд больше Удельная ёмкость конденсатора – выражает отношение его ёмкости к объёму. Номинальная ёмкость конденсатора – это ёмкость, которую имеет конденсатор согласно нормативной документации. Фактическая же ёмкость каждого отдельного конденсатора отличается от номинальной, но она должна быть в пределах допускаемых отклонений. Значения номинальной ёмкости и ее допустимое отклонение в различных типах конденсаторов постоянной ёмкости установлена стандартом.

Номинальное напряжение – это то значение напряжения обозначенное на конденсаторе, при котором он работает в заданных условиях длительное время и при этом сохраняет свои параметры в допустимых пределах. Значение номинального напряжения зависит от свойств используемых материалов и конструкции конденсаторов. В процессе эксплуатации рабочее напряжение на конденсаторе не должно превышать номинальное. У многих типов конденсаторов при увеличении температуры допустимое номинальное напряжение снижается.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) – это параметр выражающий линейную зависимостью емкости конденсатора от температуры внешней среды. На практике ТКЕ определятся как относительное изменение емкости при изменении температуры на 1°С. Если эта зависимость нелинейная, тоТКЕконденсатора характеризуется относительным изменением емкости припереходе от нормальной температуры(20±5°С) к допустимомузначению рабочей температуры. Для конденсаторов используемых в однофазных двигателях этот параметр важный и должен быть как можно меньше. Ведь в процессе эксплуатации двигателя его температура повышается, а конденсатор находится непосредственно на двигателе в конденсаторной коробке.

Тангенс угла потерь (tg d ). Потеря накопленной энергии в конденсаторе обусловлена потерями в диэлектрике и его обкладках. Когда через конденсатор протекает переменный ток, то векторы тока и напряжения сдвинуты относительно друг друга на угол (d). Этот угол (d) и называют углом диэлектрических потерь. Если потери отсутствуют, то d=0. Тангенс угла потерь это отношение активной мощности (Pа) к реактивной (Pр) при напряжении синусоидальной формы определённой частоты.

Электрическое сопротивление изоляции – электрическое сопротивление постоянному току, определяется как отношение приложенного к конденсатору напряжения (U) , к току утечки (I ут ), или проводимости. Качество применяемого диэлектрика и характеризует сопротивление изоляции. Для конденсатора с большой емкостью сопротивление изоляции обратно пропорционально его площади обкладок, или его ёмкости.

На конденсаторы оказывает очень сильное воздействие влага. Асинхронные электродвигатели используемые в насосном оборудовании перекачивают воду, и высока вероятность попадания влаги на двигатель и в конденсаторную коробку. Воздействие влаги приводит к снижению сопротивления изоляции (возрастает вероятность пробоя), увеличению тангенса угла потерь, коррозии металлических элементов конденсатора.

Кроме всего при эксплуатации двигателя на конденсаторы воздействует различного вида механические нагрузки: вибрация, удары, ускорение и т.д. Как следствие могут появится обрыв выводов, трещины и уменьшение электрической прочности.

Рабочий и пусковой конденсаторы

В качестве рабочих и пусковых используются конденсаторы с оксидным диэлектриком (ранее они назвались электролитическими) Рабочие и пусковые конденсаторы для асинхронных двигателей включаются в сеть переменного тока, и они должны быть неполярными. Они имеют сравнительно большое 450 вольт для оксидных конденсаторов рабочее напряжение, которое в два раза превышает напряжение промышленной сети. На практике применяются конденсаторы с емкостью порядка десятков и сотен микрофарад. Как мы говорили выше, рабочий конденсатор используется для получения вращающего магнитного поля. Пусковая же емкость используется для получения магнитного поля, необходимого для повышения пускового момента электродвигателя. Пусковой конденсатор подключается параллельно рабочему через центробежный выключатель. Когда есть пусковая емкость вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя в момент пуска приближается к круговому, а магнитный поток увеличивается. Это повышает пусковой момент и улучшает характеристики двигателя. При достижении асинхронным двигателем оборотов достаточных для отключения центробежного выключателя, пусковая емкость отключается и двигатель остается в работе только с рабочим конденсатором. Схема включения рабочего и пускового конденсаторов приведены на (Рис. 1).

Схема с рабочим и пусковым конденсаторами

В таблице приведены обособленные характеристики рабочих и пусковых конденсаторов для асинхронных двигателей .

Эксплуатация, обслуживание и ремонт

В процессе эксплуатации насосного оборудования с однофазным асинхронным двигателем особое внимание следует обращать на питающее напряжение электрической сети. В случае пониженного напряжения сети, как известно, снижается пусковой момент и частота вращения ротора, из-за увеличения скольжения. При низком напряжении увеличивается также нагрузка на рабочий конденсатор и возрастает время запуска двигателя. В случае значительного провала напряжения питания более 15% высока вероятность того, что асинхронный двигатель не запустится. Очень часто при низком напряжении выходит из строя рабочий конденсатор из-за повышенных токов и перегрева. Он расплавляется и из него вытекает электролит. Для ремонта необходимо приобрести и установить новый конденсатор соответствующей емкости. Очень часто случается, что нужного конденсатора под рукой нет. В этом случае можно подобрать требуемую емкость из двух или даже трех и четырех конденсаторов, подключив их параллельно. Здесь следует обратить внимание на рабочее напряжение, оно должно быть не ниже, чем напряжение на заводском конденсаторе. Общая емкость конденсатора(ов) должна отличаться от номинала не более чем 5%. Если установить емкость большего номинала, то двигатель запустится в работу и будет работать, но при этом начнет греться. Если с помощью клещей измерить номинальный ток двигателя, то ток будет завышен. Так как полное электрическое сопротивление цепи в обмотках двигателя состоит из активного сопротивления цепи и реактивного сопротивления обмоток двигателя и емкости, то с увеличением емкости общее сопротивление возрастает. Сдвиг фаз токов в обмотках из-за увеличения полного сопротивления электрической цепи обмоток после запуска двигателя сильно уменьшится, магнитное поле из синусоидального превратится в эллиптическое, и рабочие характеристики асинхронного двигателя очень сильно ухудшаются, снижается КПД и возрастают тепловые потери.

Иногда бывает, что вместе с конденсатором выходит из строя и пусковая обмотка однофазного двигателя. В такой ситуации стоимость ремонта резко возрастает, ибо надо не только заменить конденсатор, но еще и перемотать статор. Как известно, перемотка статора одна из самых дорогих операций при ремонте двигателя. Очень редко, но бывает и такая ситуация когда при низком напряжении выходит из строя только пусковая обмотка, а конденсатор при этом остается рабочим. Для ремонта двигателя нужно перематывать статор. Все эти ситуации с двигателем случаются при низком напряжении однофазной питающей сети. Для решения этой проблемы в идеальном случае необходим стабилизатор напряжения.

Спасибо за оказанное внимание