Пусковые и рабочие конденсаторы для электродвигателей

Из статьи читатели узнают о том, как подобрать конденсаторы к электродвигателю, чтобы получился привод с оптимальными характеристиками.

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 конденсаторы для запуска электродвигателя.

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.

Читайте также:  Как установить влагоотделитель на компрессор

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.

Далее показаны изображения и размеры конденсаторов металлобумажной и металлопленочной структуры и размеры их для того, чтобы можно было оценить габариты конденсаторной батареи на их основе.

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.

Причем из-за пульсаций напряжения не все электролиты могут выполнять функцию рабочей емкости. Их чаще используют при пуске с последующим отключением.

Для рабочих емкостей делаются специальные электролитические модели, устойчивые к пульсациям. Металлобумажные и пленочные пусковые конденсаторы для электродвигателей в этом отношении намного выносливее. Поэтому если необходима надежность, лучше применить их. Но это будет в ущерб габаритам электропривода.

Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрической энергии. По характеру работы он относится к пассивным элементам. В зависимости от режима работы, в которой работает элемент, различают конденсаторы постоянной емкости и переменной (как вариант — подстроечные). По виду рабочего напряжения: полярные – для работы при определенной полярности подключения, неполярные – могут использоваться как в цепи переменного, так и постоянного тока. При параллельном соединении результирующая емкость суммируется. Это важно знать при подборе необходимой емкости для электрической цепи.

Для запуска и работы асинхронных двигателей в однофазной цепи переменного тока используют конденсаторы:

Пусковой конденсатор предназначен для кратковременной работы – запуск двигателя. После выхода двигателя на рабочую частоту и мощность пусковой конденсатор отключают. Далее работа происходит без участия данного элемента. Это необходимо для определенных двигателей, схема работы которого предусматривает режим запуска, а так же для обычных двигателей, у которых в момент запуска присутствует нагрузка на валу, препятствующая свободному вращению ротора.

Схема подключения пускового конденсатора к асинхронному двигателю

Для запуска двигателя используют кнопку Кн1, которая коммутирует пусковой конденсатор С1 на время, необходимое для выхода электродвигателя на необходимую мощность и обороты. После этого конденсатор С1 отключают и мотор работает за счет сдвига фаз в рабочих обмотках. Рабочее напряжение такого конденсатора необходимо выбирать с учетом коофициента 1,15, т.е. для сети 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть 220*1,15= 250 В. Емкость пускового конденсатора можно рассчитать по исходным параметрам электродвигателя.

Рабочий конденсатор подключен к цепи все время и выполняет функцию фазосдвигающей цепи для обмоток электродвигателя. Для уверенной работы такого двигателя необходимо рассчитать параметры рабочего конденсатора. В связи с тем, что конденсатор и обмотка электродвигателя создают колебательный контур, в момент перехода из одной фазы цикла в другую на конденсаторе возникает повышенное напряжение, превышающее напряжение питания.

При определении емкости этого элемента в расчет берут мощность двигателя и схему соединения обмоток.

Различают два вида соединения обмоток трехфазного двигателя:

Для каждого из этих способов соединения свой расчет.

Треугольник: Ср=4800*Ip/Up.

Пример: для двигателя мощностью 1 кВт – ток составляет примерно 5А, напряжение 220 В. Ср = 4800*5/220. Емкость рабочего конденсатора составит 109 мФ. Округлить до ближайшего целого – 110 мФ.

Звезда: Ср=2800*Ip/Up.

Пример: двигатель 1000 Вт – ток составляет примерно 5 А, напряжение 220 В. Ср=2800*5/220. Емкость рабочего конденсатора составит 63,6 мФ. Округлить до ближайшего целого – 65 мФ.

Из расчетов видно, что способ соединения обмоток очень сильно влияет на величину рабочего конденсатора.

Сравнение рабочего и пускового конденсатора

Сравнительная таблица применения конденсаторов для асинхронных двигателей, включенных на напряжение 220 В.

Читайте также:  Виды основных измерительных приборов для строительных машины
РАБОЧИЙ ПУСКОВОЙ
Где применяется В цепи рабочих обмоток асинхронного двигателя В пусковой цепи
Выполняемые функции Создание вращающегося электромагнитного поля для работы электромотора Сдвиг фаз между пусковой и рабочей обмоткой, запуск двигателя под нагрузкой
Время работы От включения до окончания работы Во время запуска до выхода на нужный режим.
Тип конденсатора МБГО, МБГЧ и подобные нужного номинала и напряжения 1,15 выше питающего МБГО, МБГЧ и подобные нужного номинала и на рабочее напряжение в 2-3 раза превышающее напряжение питания

В связи с тем, что указанные типы конденсаторов имеют относительно большие габариты и стоимость, в качестве рабочего и пускового конденсатора можно использовать полярные (оксидные) конденсаторы.

Они обладают следующим достоинством: при малых габаритах они имеют намного большую емкость, чем бумажные.

Наряду с этим существует весомый недостаток: включать в сеть переменного тока напрямую их нельзя. Для использования совместно с двигателем, нужно применить полупроводниковые диоды. Схема включения несложная, но в ней есть недостаток: диоды должны быть подобраны в соответствии с токами нагрузки. При больших токах диоды необходимо устанавливать на радиаторы. Если расчет будет неверным, или теплоотвод меньшей площади, чем требуется, диод может выйти из строя и пропустит в цепь переменное напряжение. Полярные конденсаторы рассчитаны на постоянное напряжение и при попадании на них напряжения переменного они перегреваются, электролит внутри них закипает и они выходят из строя, что может принести вред не только электромотору, но и человеку, обслуживающему данное устройство.

Напряжение 220 В – является напряжением опасным для жизни. В целях соблюдения правил безопасной эксплуатации электроустановок потребителей, сохранения жизни и здоровья лиц, эксплуатирующих данные устройства, применение данных схем включения должен проводить специалист.

Если требуется присоединить трехфазный электродвигатель к обычной электросети, то потребуется создать электросхему для сдвига фаз. Основой такой схемы может служить конденсатор. Применяется он и для однофазного двигателя с целью облегчения его пуска.

Что такое конденсатор

Это устройство для накопления электрического заряда. Он состоит из пары проводящих пластин, находящихся на малом отстоянии друг от друга и разделенных слоем изолирующего материала.

Широко распространены следующие виды накопителей электрического заряда:

  • Полярные. Работают в цепях с постоянным напряжением, подключаются в соответствии с указанной на них полярностью.
  • Неполярные. Работают в цепях с переменным напряжение, подключать можно как угодно
  • Электролитические. Пластины представляют собой тонкие оксидные пленки на листе фольги.

Электролитические лучше других подходят на роль конденсатора для пуска электродвигателя.

Описание разновидностей конденсаторов

Различным типам электродвигателей соответствуют подходящие им по своим характеристикам накопители.

Так, для низкочастотных высоковольтных (50 герц, 220-600 вольт) двигателей хорошо подходит электролитический конденсатор. Такие устройства обладают высокой емкостью, доходящей до 100 тысяч микрофарад. Нужно внимательно следить за соблюдением полярности, в противном случае из-за перегрева пластин возможно возгорание.

Неполярные накопители не имеют таких ограничений, но стоят они с несколько раз дороже.

Различные виды конденсаторов

Кроме перечисленных выше, производятся также вакуумные, газовые, жидкостные устройства, но как пусковой или рабочий конденсатор в схеме подключения электромотора, они не применяются.

Выбор емкости

С целью максимизации эффективности электродвигателя нужно рассчитать ряд параметров электроцепи, и прежде всего емкость.

Для рабочего конденсатора

Существуют сложные и точные методы расчета, однако в домашних условиях вполне достаточно оценить параметр по приближенной формуле.

На каждые 100 ватт электрической мощности трехфазного электродвигателя должно приходиться 7 микрофарад.

Недопустимо также подавать на фазовую статорную обмотку напряжение, превышающее паспортное.

Для пускового конденсатора

Если электродвигатель должен запускаться при наличии высокой нагрузки на приводном валу, то рабочий конденсатор не справится, и на время запуска потребуется подключать пусковой. После достижения рабочих оборотов, что происходит в среднем за 2-3 секунды, он отключается вручную или устройством автоматики. Доступны специальные кнопки включения электрооборудования, автоматически размыкающие одну из цепей через заданное время задержки.

Недопустимо оставлять пусковой накопитель подключенным в рабочем режиме. Фазовый перекос токов может привести к перегреву и возгоранию двигателя. Определяя емкость пускового прибора, следует принимать ее в 2-3 раза выше, чем у рабочего. При этом при запуске крутящий момент электродвигателя достигает максимального значения, а после преодоления инерции механизма и набора оборотов он снижается до номинального.

Для набора требуемой емкости конденсаторы для запуска электродвигателя подключают в параллель. Емкость при этом суммируется.

Простые способы подключения электродвигателя

Самый простой способ подключения трехфазного электродвигателя к бытовой электросети – применение частотного преобразователя. Потери мощности будут минимальны, но стоит такое устройство зачастую дороже самого двигателя.

Частотный преобразователь станет экономически эффективным лишь при большом объеме использования оборудования.

При другом способе для преобразования питающего напряжения используется обмотка самого асинхронного электродвигателя. Схема получится громоздкая и массивная. Конденсатор для запуска электродвигателя подключают по одной из двух популярных схем

Подключение двигателя по схемам «звезда» и «треугольник»

При реализации подключения этими способами важно свести к минимуму потери по мощности.

Схема подключения «треугольник»

Схема достаточно простая, для облегчения понимания обозначим контакты мотора символами A — ноль, B — рабочий и C — фазовый

Читайте также:  Органы управления станка 16к20

Сетевой шнур подсоединяется коричневым проводником к контакту A, туда же следует подсоединить один из выводов конденсатора. К контакту И подсоединяется второй вывод прибора, а синий проводник сетевого шнура — к контакту С.

В случае небольшой мощности электромотора, не превышающей 1,5 киловатта, допустимо подключать только один конденсатор, пусковой при этом не нужен.

Если же мощность выше и нагрузка на валу значительная, то используют два параллельно соединенных прибора.

Схема подключения «звезда»

В случае если на клеммнике электродвигателя 6 выводов — следует их прозвонить по отдельности и определить, какие выводы связаны друг с другом. В паспорте мотора нужно найти назначение выводов. После этого схема переподключается, формируя привычный «треугольник».

С этой целью снимаются перемычки и контактам присваивают условные обозначения от A до F. Далее последовательно соединяются контакты: A и D, B и E, C и F.

Теперь контакты D, E и F станут соответственно нулевым, рабочим и фазовым проводом. Конденсатор присоединяют к ним точно так же, как в предыдущем случае.

При первом включении нужно внимательно следит за тем, чтобы обмотки не перегревались. В этом случае следует немедленно отключить устройство и определить причину перегрева.

Рабочее напряжение

После емкости напряжение является важнейшим параметром. Если взять слишком большой запас по напряжению — сильно вырастут габариты, вес и цена всего устройства. Еще хуже – взять устройства, которым не хватает рабочего напряжения. Такое использование приведет к их быстрому износу, выходу из строя, пробою. При этом возможно возгорание или даже взрыв.

Оптимальный запас по напряжению — 15-20%.

Важно! Для конденсаторов с диэлектриком из бумаги в цепях с переменным напряжением номинальное напряжение, указанное для постоянного тока, нужно поделить на 3.

Если указано 600 вольт, то в цепях переменного тока безопасно применять такие конденсаторы можно до 300 вольт.

Использование электролитических конденсаторов

Конденсаторы с диэлектриком из бумаги отличаются малой удельной емкостью и значительными габаритами. Для двигателя даже не самой большой мощности они будут занимать много места. Теоретически их можно заменить электролитическими, обладающими в несколько раз более высокой удельной емкостью.

Разновидности устройства электролитического конденсатора

Для этого электрическую схему придется дополнить несколькими элементами: диодами и резисторами. Такой вариант неплох для эпизодически работающего двигателя. Если же планируются продолжительные нагрузки, то от экономии места и веса лучше отказаться — при случайном выходе диода из строя он начнет пропускать на накопитель переменный ток, что приведет к его пробою и взрыву.

Выходом могут служить полипропиленовые конденсаторы с металлическим напылением серии СВВ, разработанные для использования в качестве пусковых.

Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя

Для вычисления емкости основного конденсатора применяют формулу:

  • k- коэффициент, принимаемый за 4800 при схеме «треугольник» и 2800 при схеме «звезда»;
  • Iφ-ток статора, его берут из паспорта или таблички на корпусе;
  • U- напряжение сети.

Результат получается в микрофарадах. Вместо точной формулы можно применять правило: на каждые 100 ватт мощности — 7 микрофарад емкости.

Если при старте двигателю приходится преодолевать большой момент инерции подключенного к валу оборудования, то в помощь основному на время запуска и набора номинальных оборотов подключают пусковой конденсатор.

Емкость пускового накопителя принимают в 2-3 раза больше основного.

Подключение трехфазного электродвигателя к сети

После выхода на режим его обязательно отключают — вручную или с помощью автоматики. Если на рассчитанную емкость нет точно подходящего по номиналу прибора, конденсаторы можно подключать параллельно.

Как подобрать пусковой конденсатор для однофазного электромотора

До использования в пусковой цепи конденсатор проверяют тестером на исправность. При подборе рабочего конденсатора можно применять такое же приближенное правило а-7 микрофарад на 100 ватт номинальной электрической мощности. Емкость пускового также берется в 2-3 раза выше.

При подборе конденсатора на 220 вольт следует выбирать модели с номиналом не менее 400. Это объясняется переходными электромагнитными процессами при запуске, дающими кратковременные пусковые броски напряжения до 350-550 вольт.

Однофазные асинхронные электромоторы часто применяются в домашних электроприборах и электроинструменте. Для пуска таких устройств, особенно под нагрузкой, требуется пусковая обмотка и сдвиг фазы. Для этого используется конденсатор, подключаемый по одной из известных схем.

Конструкция асинхронного однофазного электродвигателя

Если запуск осуществляется с преодолением большого момента инерции, подсоединяют пусковой конденсатор.

Почему однофазный электродвигатель запускают через конденсатор

Статор электродвигателя с единственной обмоткой при пропускании переменного тока не сможет начать вращение, а лишь начнет подрагивать. Чтобы начать вращение, перпендикулярно основной обмотке размещают пусковую. В цепь этой обмотки включают компонент для сдвига фазы, такой, как конденсатор. Электромагнитные поля этих двух обмоток, прикладываемые к ротору со сдвигом по фазе, и обеспечат начало вращения.

В трехфазном двигателе обмотки и так размещены под углами 120 ° . Соответственно сориентированы и наводимые ими в роторе электромагнитные поля. Для начала вращения достаточно обеспечить сдвиг их работы по фазе, чтобы обеспечить пусковой момент вращения.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector