Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как выбрать конденсатор для электродвигателя

Как выбрать конденсатор для электродвигателя

Содержание

  1. Что такое конденсатор
  2. Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя
  3. Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя
  4. Заключение

Что делать, если требуется подключить двигатель к источнику, рассчитанному на другой тип напряжения (например, трехфазный двигатель к однофазной сети)? Такая необходимость может возникнуть, в частности, если нужно подключить двигатель к какому-либо оборудованию (сверлильному или наждачному станку и пр.). В этом случае используются конденсаторы, которые, однако, могут быть разного типа. Соответственно, надо иметь представление о том, какой емкости нужен конденсатор для электродвигателя, и как ее правильно рассчитать.

Что такое конденсатор

Конденсатор состоит из двух пластин, расположенных друг напротив друга. Между ними помещается диэлектрик. Его задача – снимать поляризацию, т.е. заряд близкорасположенных проводников.

Существует три вида конденсаторов:

  • Полярные. Не рекомендуется использовать их в системах, подключенных к сети переменного тока, т.к. вследствие разрушения слоя диэлектрика происходит нагрев аппарата, вызывающий короткое замыкание.
  • Неполярные. Работают в любом включении, т.к. их обкладки одинаково взаимодействуют с диэлектриком и с источником.
  • Электролитические (оксидные). В роли электродов выступает тонкая оксидная пленка. Считаются идеальным вариантом для электродвигателей с низкой частотой, т.к. имеют максимально возможную емкость (до 100000 мкФ).

Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя

Задаваясь вопросом: как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя, нужно принять во внимание ряд параметров.

Чтобы подобрать емкость для рабочего конденсатора, необходимо применить следующую расчетную формулу: Сраб.=k*Iф / U сети, где:

  • k – специальный коэффициент, равный 4800 для подключения «треугольник» и 2800 для «звезды»;
  • Iф – номинальное значение тока статора, это значение обычно указывается на самом электродвигателе, если же оно затерто или неразборчиво, то его измеряют специальными клещами;
  • U сети – напряжение питания сети, т.е. 220 вольт.

Таким образом вы рассчитаете емкость рабочего конденсатора в мкФ.

Еще один вариант расчета – принять во внимание значение мощности двигателя. 100 Ватт мощности соответствуют примерно 7 мкФ емкости конденсатора. Осуществляя расчеты, не забывайте следить за значением тока, поступающего на фазную обмотку статора. Он не должен иметь большего значения, чем номинальный показатель.

В случае, когда пуск двигателя производится под нагрузкой, т.е. его пусковые характеристики достигают максимальных величин, к рабочему конденсатору добавляется пусковой. Его особенность заключается в том, что он работает примерно в течение трех секунд в период пуска агрегата и отключается, когда ротор выходит на уровень номинальной частоты вращения. Рабочее напряжение пускового конденсатора должно быть в полтора раза выше сетевого, а его емкость – в 2,5-3 раза больше рабочего конденсатора. Чтобы создать необходимую емкость, вы можете подключить конденсаторы как последовательно, так и параллельно.

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя

Асинхронные двигатели, рассчитанные на работу в однофазной сети, обычно подключаются на 220 вольт. Однако если в трехфазном двигателе момент подключения задается конструктивно (расположение обмоток, смещение фаз трехфазной сети), то в однофазном необходимо создать вращательный момент смещения ротора, для чего при запуске применяется дополнительная пусковая обмотка. Смещение ее фазы тока осуществляется при помощи конденсатора.

Итак, как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя?

Чаще всего значение общей емкости Сраб+Спуск (не отдельного конденсатора) таково: 1 мкФ на каждые 100 ватт.

Есть несколько режимов работы двигателей подобного типа:

  • Пусковой конденсатор + дополнительная обмотка (подключаются на время запуска). Емкость конденсатора: 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя.
  • Рабочий конденсатор (емкость 23-35 мкФ) + дополнительная обмотка, которая находится в подключенном состоянии в течение всего времени работы.
  • Рабочий конденсатор + пусковой конденсатор (подключены параллельно).

Если вы размышляете: как подобрать конденсатор к электродвигателю 220в, стоит исходить из пропорций, приведенных выше. Тем не менее, нужно обязательно проследить за работой и нагревом двигателя после его подключения. Например, при заметном нагревании агрегата в режиме с рабочим конденсатором, следует уменьшить емкость последнего. В целом, рекомендуется выбирать конденсаторы с рабочим напряжением от 450 В.

Как выбрать конденсатор для электродвигателя – вопрос непростой. Для обеспечения эффективной работы агрегата нужно чрезвычайно внимательно рассчитать все параметры и исходить из конкретных условий его работы и нагрузки.

Конденсаторы для запуска электродвигателя

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.

Читать еще:  Двигатель ваз 21126 и 21127 в чем разница

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.

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.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя опель вектра 1997

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.

Схема подключения и расчёт пускового конденсатора

Выход из строя конденсаторов в цепи компрессора кондиционеров случается не так уж и редко. А зачем вообще нужен конденсатор и для чего он там стоит?

Бытовые кондиционеры небольшой мощности в основном питаются от однофазной сети 220 В. Самые распространённые двигатели которые применяют в кондиционерах такой мощности- асинхронные со вспомогательной обмоткой, их называют двухфазные электродвигатели или конденсаторные.

В таких двигателях две обмотки намотаны так, что их магнитные полюсы расположены под углом 90 град. Эти обмотки отличаются друг от друга количеством витков и номинальными токами, ну соответственно и внутренним сопротивлением. Но при этом они рассчитаны так что при работе они имеют одинаковую мощность.

В цепь одной из этих обмоток, её производители обозначают как стартовую(пусковую), включают рабочий конденсатор, который постоянно находится в цепи. Этот конденсатор ещё называют фазосдвигающим, так как он сдвигает фазу и создаёт круговое вращающееся магнитное поле. Рабочая или основная обмотка подключена напрямую к сети.

Схема подключения пускового и рабочего конденсатора

Рабочий конденсатор постоянно включён в цепь обмотки через него протекает ток равный току в рабочей обмотке. Пусковой конденсатор подключается на время запуска компрессора — не более 3 секунд (в современных кондиционерах используется только рабочий конденсатор, пусковой не используется)

Расчёт ёмкости и напряжения рабочего конденсатора

Расчёт сводится к подбору такой емкости, чтобы при номинальной нагрузке было обеспечено круговое магнитное поле, так как при значении ниже или выше номинального магнитное поле изменяет форму на эллиптическое, а это ухудшает рабочие характеристки двигателя и снижает пусковой момент. В инженерных справочниках приведена формула для расчёта ёмкости конденсатора:

Ср= Isinφ/2πf U n 2

I и sinφ –ток и сдвиг фаз между напряжением и током в цепи при вращающемся магнтном поле без конденсатора

f- частота переменного тока

U – напряжение питания

n- коэффициент трансформации обмоток , определяется как соотношение витков обмоток с конденсатором и без него.

Напряжение на конденсаторе рассчитывается по формуле

Uc= U√(1+n 2 )

Uc -рабочее напряжение конденсатора

U — напряжение питания двигателя

n — коэффициент трансформации обмоток

Из формулы видно, что рабочее напряжение фазосдвигающего конденсатора выше напряжения питания двигателя.

В пособиях по расчёту приводят приближённое вычисление – 70-80 мкФ ёмкости конденсатора на 1 кВт мощности электродвигателя, а номинал напряжения конденсатора для сети 220 В обычно ставят — 450 В.

Также параллельно к рабочему конденсатору подключают пусковой конденсатор на время пуска, примерно на три секунды, после чего срабатывает реле и отключает пусковой конденсатор. В настоящее время в кондиционерах схемы с дополнительным пусковым конденсатором не применяют.

В более мощных кондиционерах используют компрессоры с трёхфазными асинхронными двигателями, пусковые и рабочие конденсаторы для таких двигателей не требуются.

Конденсатор для трехфазного двигателя

Доброго времени суток всем. Как именно подключить асинхронный трехфазный двигатель с рабочим напряжением 380 вольт в одну фазу на 220 вольт, очень хорошо расписано в этой статье. Мы же поговорим о том, как же все-таки подобрать рабочий и пусковой конденсаторы.

Для начала немного окунемся в теорию. Почему именно три фазы? Дело в том, что переменный ток изменяет свое направление 100 раз в секунду (при частоте 50 Гц в нашей электросети). И если сделать в двигателе только одну обмотку двигатель будет крутиться, но наблюдать это вы будете в виде гула и небольшого колебания вала влево-вправо (100 раз в секунду). Для того чтобы создать круговое вращающееся поле и нашла широкое применение трехфазная сеть. В такой сети легче всего сделать круговое поле, но не всегда есть возможность найти три фазы. Однако в двигателе имеется три обмотки. Также известно, что конденсатор это реактивная нагрузка, в которой ток и напряжение не совпадают по фазе, то есть конденсатор сдвигает ток на 90° с опережением напряжения, а индуктивность с отставанием. А теперь, если глубоко не вдаваться в теорию, просто соединим эти знания на простом, бытовом уровне. Если на одну обмотку двигателя мы подадим фазу, то вторая создается самим двигателем за счет индуктивности, а третью мы будем создавать за счет конденсатора. Остается разобрать более подробно этот процесс.

Формулы просты. Для треугольника и звезды расчет одинаковый, отличаются лишь коэффициенты 2800 (звезда) или 4800 (треугольник) умножить на ток и разделить на напряжение (как правило, 220 вольт). Ток обычно берется с шильдика двигателя. Вот тут и возникает главная проблема. На шильдике указан МАКСИМАЛЬНЫЙ ток двигателя для его полной нагрузки. И если двигатель работает на холостом ходу или слабонагруженный с конденсатором для полной нагрузки, он будет очень сильно греться.

Читать еще:  Автозапуск по температуре двигателя или салона

Вот мы и подошли к практической части. Чем характеризуется трехфазная сеть? Правильно, наличием одинаковых напряжений всех трех фаз. Двигатель имеет одинаковое сопротивление по всем трем обмоткам. Если мы приложим одинаковое напряжение, то получим и одинаковые токи. Вот на этом принципе можно очень легко подобрать точное значение рабочего конденсатора именно для вашей нагрузки на двигатель.

Смотрим на рисунок.

1.Первый метод довольно прост, но требует наличия токоизмерительных клещей. Порядок работы такой. Запускаете двигатель, используя имеющиеся конденсаторы, отключаете и рабочие и пусковые конденсаторы, и делаете замер тока в любом из сетевых проводов (на рисунке помечены красными кружками. Получив значение тока, подставляете его в формулу и получаете значение рабочего конденсатора для той нагрузки, которую развивает ваш двигатель. Довольно грубый метод, но, тем не менее, простой и действенный.

2.Второй метод чуть сложнее, но более точный. Здесь уже не нужно отключать рабочие конденсаторы. Потребуется один (а лучше два – так будет гораздо нагляднее) вольтметра. Вам всего лишь надо добиться, чтобы оба вольтметра показывали одинаковое напряжение увеличением или уменьшением емкости конденсаторов.

Доводить до совершенства не надо, достаточно того, чтобы уложиться в 15% разницы между двумя этими напряжениями.

Оба этих варианта подходят вам, если нагрузка будет постоянной, не изменяться во времени.

Ну и несколько частных случаев:

  • Если вы используете двигатели для фуганка, то таких сложных манипуляций делать не надо. Вам надо просто вычислить конденсатор по максимальному току, указанному на шильдике и взять 30-40% от этого значения.
  • Если двигатель используется в качестве циркулярки, я настоятельно рекомендую использовать две рабочих емкости. Минимальную взять также 30-40% от максимальной и оставшиеся 60% включать, если вы будете использовать циркулярку на полную мощность.
  • Если будет использоваться для работы компрессора, то вам надо будет сделать два замера, первый в момент включения, когда компрессор запускается после того, как давление воздуха в баллоне упало и в момент выключения, когда баллон полностью нагружен. Если токи отличаются очень сильно или в режиме максимальной нагрузки двигатель работает довольно долго, то подбираете конденсаторы с таким расчетом, чтобы их емкость была на 10% ниже расчетной (по току, полученному во втором замере). Если же разница токов в двух замерах невелика, то вычисляете средний ток (из второго бОльшего значения вычитаете первое меньшее и делите на 2) и уже по этому результату делаете вычисления.

Для рабочих конденсаторов есть несколько обязательных условий.

  1. Напряжение в сети 220 вольт, но это действующее напряжение (среднее), а вот амплитудное (максимальное напряжение между высшими точками синусоиды) в √2 больше, то есть около 310 вольт. Следовательно, рабочие конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 350 вольт, чтобы не возникло пробоя между обкладками.
  2. Конденсатор должен быть неполярный (не имеющий выводов «+» и «-»). Полярные (электролитические) конденсаторы не способны долго работать в переменном напряжении, они сильно нагреваются и «взрываются» (сейчас это происходит без взрыва, с сильным выделением дыма и электролита).

Как подобрать пусковой конденсатор?

В теории и практике пусковой конденсатор должен быть в 3-5 раз больше емкости рабочих. По факту, вам лишь должно хватить конденсатора для запуска двигателя. Это может произойти как от рабочих конденсаторов (то есть двигатель раскручивается, даже если нет пусковых), так и от большого количества пусковых конденсаторов (когда нагрузка на валу сильная или такова конструкция двигателя). То есть пусковые могут быть в 10 раз больше рабочих или их вовсе может не быть.

В настоящее время продают специальные недорогие «пусковые» конденсаторы. Недорогие они только потому, что на самом деле являются электролитическими. Как я говорил выше, электролитические конденсаторы не способны длительное время работать на переменном напряжении. Но эти «пусковые» конденсаторы делают с усиленной изоляцией между обкладками и способностью работать чуть дольше, если используется переменное напряжение. Если у вас есть в закромах мощные электролитические конденсаторы (обычные) с подходящим напряжением, можно немного обмануть судьбу и купить мощный диод, через который конденсатор и подключить. В этом случае вам потребуется чуть больше конденсаторов, но результат будет одинаковый – двигатель запустится.

Остался последний вопрос. Как быть, когда схема соединения обмоток двигателя выполнена «звездой» и в наличии лишь три вывода обмотки, а не шесть. Тут возможны только два варианта:

  1. Оставить как есть. Подобрать конденсаторы. Но учитывать такую особенность, что при включении такого двигателя в сеть 220 вольт конденсаторным способом вы теряете около 70% мощности двигателя.
  2. Преодолеть робость и страх, разобрать двигатель, найти точку соединения трех обмоток, разъединить ее, вывести три «потерявшихся» провода наружу и сделать схему соединения «треугольник», перечитать статью и наслаждаться отличной работой вашего двигателя.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector