Двигатели, которые называют однофазными, имеют на статоре, как правило, две обмотки. Одна из них называется главной или рабочей, другая - вспомогательной или пусковой. Необходимость иметь две пространственно сдвинутые обмотки, пи-таемые сдвинутыми на 90 электрических градусов токами для получения пускового момента.
Двигатели называют однофазными, поскольку они изначально предназначены для питания от однофазной переменного тока.
Сдвиг токов во времени обеспечивают включением во вспомогательную фазу фазосдвигающего элемента - резистора или электрического конденсатора .
В двигателях с пусковым резистором (часто пусковая фаза выполняется с повышенным сопротивлением) магнитное поле эллиптическое; в двигателях с пусковым электрическим конденсатором поле ближе к круговому. Вспомогательная обмотка после разгона двигателя отключается и двигатель работает как однофазный однообмоточный. Его результирующее поле резко эллиптическое. По этой причине однофазные двигатели имеют низкие энергетические показатели и малую перегрузочную способность.
В двигателях с постоянно включенным конденсатором емкость последнего выбирается, как правило, из условий обес¬печения кругового поля в номинальном режиме. При этом магнитное поле при пуске далеко от кругового и пусковой момент поэтому невелик. Для улучшения пусковых свойств параллельно рабочему конденсатору на пуска подключается пусковой элетрический конденсатор.
В электроприводах с легкими условиями пуска часто применяются однофазные АД с экранированными полюсами. В таких двигателях роль вспомогательной фазы играют разме¬щаемые на явновыраженных полюсах статора короткозамкну- тые витки. Поскольку пространственный угол между осями главной фазы (обмотки возбуждения) и витка много меньше 90°, поле в таком двигателе резко эллиптическое. Поэтому пусковые и рабочие свойства двигателей с экранированными полюсами невысоки.
Используются однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором: с повышенным сопротивлением пус-ковой фазы, с пусковым конденсатором, с рабочим конденса¬тором, с тем и другим, а также двигатели с экранированными полюсами.
Основные технические данные однофазных АД на напряжение 220 В: к, - кратность пускового тока; кп - кратность пускового момента; км - кратность максимального момента или перегрузочная способность двигателя.
Основные параметры электрических конденсаторов
Конденсатор является обладающим электрической емкостью концентратором энергии электрического поля и состоит из разделенных диэлектриком проводящих электродов - обкладок с выводами для присоединения к электрической цепи.
Емкость конденсатора есть отношение величины заряда конденсатора к разности потенциалов на его обкладках, кото¬рую сообщают конденсатору:
За еДиницу емкости в международной системе СИ принимают фараду (Ф) - емкость такого конденсатора, у кото¬рого потенциал возрастает на один вольт (В) при сообщении ему заряда в один кулон (Кл). Это очень большая величина, поэтому для практических целей используют более мелкие еди¬ницы емкости: микрофараду (мкФ), нанофараду (нф) и пикофа- раду (пФ):
1 ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ.
Емкость конденсатора зависит от площади обкладки конденсатора S, толщины слоя разделяющего их диэлектрика d и электрических свойств диэлектрика, характеризуемых диэлектрической проницаемостью е:
Номинальной называют емкость конденсатора, обозначен¬ную на его корпусе. Номинальные значения емкости стандартизованы.
МЭК (Публикация № 63) установлено семь предпочтительных рядов для значений номинальной емкости: ЕЗ; Е6; Е12; Е24; Е48; Е96; Е192. Цифры после буквы Е указывают на число номинальных значений в каждом десятичном интервале (дека¬де), которые соответствуют числам 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8 или числам, полученным путем умножения или деления на 10″, где п - целое положительное или отрицательное число. В условном обозначении номинальная емкость выражена в микрофа¬радах (мкФ) или в пикофарадах (пФ).
Для обозначения номинальных емкостей применяется система кодирования. Она состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква кода из русского или латинского алфавитов обозначает множитель, состав¬ляющий значение емкости, и определяет положение запятой. Буквы П(р), Н(п), М(м), И(1), Ф(Р) обозначают множители 10~12, Ю-9, 10~6, Ю-3 и 1 соответственно для значений емкости, выра¬женной в фарадах.
Например, емкость 2,2 пФ обозначается 2П2 (2р2); 1500 пФ - 1Н5 (1п5); 0,1 мкФ - М1 (м1); 10 мкФ - ЮМ (Юм); 1 фара¬да — 1Ф0 (1F0).
Фактическое значение емкости может отличаться от номи-нального на величину допускаемого отклонения в процентах. Допускаемые отклонения изменяются в зависимости от типа и точности конденсатора в весьма широких пределах от ±0,1 до +80%.
Номинальным называют напряжение, указанное на конденсаторе или в документации на него, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинальное. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры (обычно 70…85 °С) допустимое напряжение снижается. Номинальные напряжения конденсаторов устанавливаются в соответствии с рядом (ГОСТ 9665-77): 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350; 400; 450; 500; 630; 800; 1000; 1600; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000 В.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) определя¬ет относительное изменение емкости (в миллионных долях) от температуры при изменении ее на 1 °С.
Тангенс угла потерь (tg8) характеризует потери электри-ческой энергии в конденсаторе. Значения тангенса угла потерь у полистирольных и фторопластовых конденсаторов находятся в пределах (Ю…15)10~4, поликарбонатных (15…25)Ю~4, оксид¬ных 5…35%, полиэтилентерефталатных 0,01…0,012. Величина, обратная тангенсу угла потерь, называется добротностью кон-денсатора.
Сопротивление изоляции и ток утечки. Эти параметры характеризуют качество диэлектрика и используются при рас¬четах высокоомных, времязадающих и слаботочных цепей. Наиболее высокое сопротивление изоляции у фторопластовых, по- листирольных и полипропиленовых конденсаторов, несколько ниже у высокочастотных керамических, поликарбонатных и лавсановых конденсаторов.
Для маркировки конденсаторов постоянной емкости применяют букву К (конденсатор постоянной емкости) и цифры, определяющие вид диэлектрика.
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 .
|
РАБОЧИЙ |
ПУСКОВОЙ |
|
| Назначение | Для асинхронных электродвигателей | |
| Схема подключения | Последовательно с пусковой обмоткой электродвигателя | Параллельно рабочему конденсатору |
| В качестве | Фазосмещающего элемента | Фазосмещающего элемента |
| Для чего | Для получения кругового вращающееся магнитного поля, необходимого для работы электродвигателя | Для получения магнитного поля, необходимого для повышения пускового момента электродвигателя |
| Время включения | В процессе эксплуатации электродвигателя | В момент пуска электродвигателя |
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
Если имеется необходимость подключить асинхронный трехфазный электромотор в бытовую сеть, можно столкнуться с проблемой - сделать это, кажется, совершенно невозможно. Но если знаете основы электротехники, то можно подключить конденсатор для запуска электродвигателя в однофазной сети. Но существуют и бесконденсаторные варианты подключения, их тоже стоит рассмотреть при проектировании установки с электромотором.
Простые способы подключения электродвигателя
Проще всего будет подключить мотор при помощи частотного преобразователя. Существуют модели этих устройств, которые делают преобразование однофазного напряжения в трехфазное. Преимущество такого способа очевидно - нет потерь мощности в электродвигателе. Но вот стоимость такого частотного преобразователя довольно высокая - самый дешевый экземпляр обойдется в 5-7 тыс. рублей.
Есть еще один способ, который используется реже, - применение трехфазной обмотки асинхронника для преобразования напряжения. В этом случае вся конструкция окажется намного больше и массивнее. Поэтому проще окажется рассчитать, какие конденсаторы нужны для запуска электродвигателя и установить их, подключив по схеме. Главное - не потерять мощность, так как работа механизма будет происходить намного хуже.
Особенности схемы с конденсаторами
Обмотки всех трехфазных электромоторов могут соединяться по двум схемам:
- «Звезда» - при этом концы всех обмоток подключаются в одной точке. А начала обмоток соединяются с питающей сетью.
- «Треугольник» - начало обмотки соединяется с концом соседней. В итоге получается, что точки соединения двух обмоток подключаются к сети питания.
Выбор схемы зависит от того, каким напряжением питается мотор. Обычно при подключении к сети переменного тока 380 В обмотки соединяются в «звезду», а при работе под напряжением 220 В - в «треугольник».
На рисунке выше:
а) схема соединения "звезда";
б) схема соединения "треугольник".
Так как в однофазной сети явно не хватает одного питающего провода, нужно его сделать искусственно. Для этого применяются конденсаторы, которые сдвигают фазу на 120 градусов. Это рабочие конденсаторы, их оказывается недостаточно при пуске электромоторов мощностью свыше 1500 Вт. Чтобы осуществить запуск мощных двигателей, потребуется дополнительно включать еще одну емкость, которая облегчит работу во время старта.
Емкость рабочего конденсатора
Для того чтобы узнать, какие конденсаторы нужны для запуска электродвигателя при работе в сети 220 В, нужно использовать такие формулы:
- При подключении по схеме «звезда» С (раб) = (2800 * I1) / U (сети) .
- При подключении в "треугольник" С (раб) = (4800 * I1) / U (сети) .
Ток I1 можно измерить самостоятельно, используя клещи. Но можно использовать и такую формулу: I1 = P / (1,73 · U (сети) · cosφ · η).
Значение мощности Р, напряжения питания, коэффициента мощности cosφ, КПД η можно найти на бирке, которая приклепана на корпусе электродвигателя.
Упрощенный вариант расчета рабочего конденсатора
Если все эти формулы кажутся вам немного сложными, можно воспользоваться их упрощенной версией: С (раб) = 66 * Р (двиг).
А если упростить по максимуму расчет, то для каждых 100 Вт мощности электромотора требуется емкость около 7 мкФ. Другими словами, если у вас мотор 0,75 кВт, то вам потребуется рабочий конденсатор емкостью не менее 52,5 мкФ. После подбора обязательно произведите замер тока при работе мотора - его величина не должна превышать допустимые значения.
Пусковой конденсатор
В том случае, если на мотор воздействуют большие нагрузки либо его мощность свыше 1500 Вт, одним только сдвигом фазы не обойтись. Потребуется знать, какие необходимы еще конденсаторы для запуска электродвигателя 2,2 кВт и выше. Пусковой подключается в параллель с рабочим, но вот только он исключается из цепи при достижении оборотов холостого хода.
Обязательно пусковые конденсаторы должны отключаться - в противном случае происходит перекос фаз и перегрев электродвигателя. Пусковой конденсатор должен быть по емкости больше рабочего в 2,5-3 раза. Если вы посчитали, что для нормальной работы мотора требуется емкость 80 мкФ, то для запуска нужно подключать еще один блок конденсаторов на 240 мкФ. В продаже вряд ли можно встретить конденсаторы с такой емкостью, поэтому нужно производить соединение:
- При параллельном емкости складываются, напряжение рабочее остается таким, как указано на элементе.
- При последовательном соединении складываются напряжения, а общая емкость будет равна С (общ) = (С1*С2*..*СХ)/(С1+С2+..+СХ) .
Желательно устанавливать пусковые конденсаторы на электромоторы, мощность которых - свыше 1 кВт. Лучше немного снизить показатель мощности, чтобы увеличить степень надежности.
Какой тип конденсаторов использовать
Теперь вы знаете, как подобрать конденсаторы для запуска электродвигателя при работе в сети переменного тока 220 В. После подсчета емкости можно приступить к выбору конкретного типа элементов. Рекомендуется применять однотипные элементы в качестве рабочих и пусковых. Неплохо показывают себя бумажные конденсаторы, обозначения у них такие: МБГП, МПГО, МБГО, КБП. Можно также использовать и зарубежные элементы, которые устанавливаются в блоках питания компьютеров.
На корпусе любого конденсатора обязательно указывается рабочее напряжение и емкость. Один недостаток у бумажных элементов - они имеют большие габариты, поэтому для работы мощного двигателя потребуется немаленькая батарея элементов. Применять зарубежные конденсаторы намного лучше, так как они имеют меньшие размеры и большую емкость.
Использование электролитических конденсаторов
Можно применять даже электролитические конденсаторы, но у них есть особенность - они должны работать на постоянном токе. Поэтому, чтобы установить их в конструкцию, потребуется использовать полупроводниковые диоды. Без них использовать электролитические конденсаторы нежелательно - они имеют свойство взрываться.
Но даже если вы установите диоды и сопротивления, это не сможет гарантировать полную безопасность. Если полупроводник пробивается, то на конденсаторы поступит переменный ток, в результате чего произойдет взрыв. Современная элементная база позволяет использовать качественные изделия, например конденсаторы полипропиленовые для работы на переменном токе с обозначением СВВ.
Например, обозначение элементов СВВ60 говорит о том, что конденсатор имеет исполнение в цилиндрическом корпусе. А вот СВВ61 имеет прямоугольной формы корпус. Эти элементы работают под напряжением 400... 450 В. Поэтому они могут без проблем использоваться в конструкции любого аппарата, где требуется подключение асинхронного трехфазного электродвигателя в бытовую сеть.
Рабочее напряжение
Обязательно нужно учитывать один важный параметр конденсаторов - рабочее напряжение. Если использовать конденсаторы для запуска электродвигателя с очень большим запасом напряжения, это приведет к увеличению габаритов конструкции. Но если применить элементы, рассчитанные на работу с меньшим напряжением (например, 160 В), то это приведет к быстрому выходу из строя. Для того чтобы конденсаторы функционировали нормально, нужно, чтобы их рабочее напряжение было примерно в 1,15 раза больше, чем в сети.
Причем нужно учитывать одну особенность - если применяете бумажные конденсаторы, то при работе в цепях переменного тока их напряжение нужно уменьшать в 2 раза. Другими словами, если на корпусе указано, что элемент рассчитан на напряжение 300 В, то эта характеристика актуальна для постоянного тока. Такой элемент можно использовать в цепи переменного тока с напряжением не более 150 В. Поэтому лучше набирать батареи из бумажных конденсаторов, суммарное напряжение которых - около 600 В.
Подключение электромотора: практический пример
Допустим, у вас имеется электрический двигатель асинхронного типа, рассчитанный на подключение к сети переменного тока с тремя фазами. Мощность - 0,4 кВт, тип мотора - АОЛ 22-4. Основные характеристики для подключения:
- Мощность - 0,4 кВт.
- Напряжение питания - 220 В.
- Ток при работе от трехфазной сети составляет 1,9 А.
- Соединение обмоток двигателя производится по схеме «звезда».
Теперь осталось провести расчет конденсаторов для запуска электродвигателя. Мощность мотора сравнительно небольшая, поэтому, чтобы его использовать в бытовой сети, нужно подобрать только рабочий конденсатор, в пусковом надобности нет. По формуле вычисляете емкость конденсатора: С (раб) = 66*Р (двиг) = 66*0,4 = 26,4 мкФ.
Можно использовать и более сложные формулы, значение емкости будет отличаться от этого незначительно. Но если нет подходящего по емкости конденсатора, нужно произвести соединение нескольких элементов. При параллельном соединении емкости складываются.
Обратите внимание
Теперь вы в курсе, какие конденсаторы для запуска электродвигателя лучше всего использовать. Но мощность упадет примерно на 20-30 %. Если приводится в движение простой механизм, то это не почувствуется. Частота вращения ротора останется примерно такой же, какая указана в паспорте. Учтите, что если мотор рассчитан на работу от сети 220 и 380 В, то в бытовую сеть он включается только при условии, что обмотки соединены в треугольник. Внимательно изучите бирку, если на ней имеется только обозначение схемы «звезда», то для работы в однофазной сети придется вносить изменения в конструкцию электромотора.
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:
- Пусковые.
- Рабочие.
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.
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.
Под действием этого напряжения конденсатор находится постоянно и при выборе его номинала необходимо учесть этот фактор. В расчетах напряжения рабочего конденсатора берут коофициент 2,5-3. Для сети 220 В напряжение рабочего конденсатора должно быть 550-600 В . Это обеспечит необходимый запас по напряжению в процессе работы.
При определении емкости этого элемента в расчет берут мощность двигателя и схему соединения обмоток.
Различают два вида соединения обмоток трехфазного двигателя:
- Треугольник.
- Звезда.
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.
| 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.
Функция стабилизаторов сводится к тому, что они выполняют роль емкостных наполнителей энергии для выпрямителей фильтров стабилизаторов. Также они могут производить передачу сигнала между усилителями. Для запуска и работы в течение продолжительного количества времени, в системе переменного тока для асинхронных двигателей тоже используют конденсаторы. Время работы такой системы можно варьировать с помощью емкости выбранного конденсатора.
Первым и единственно главным параметром вышеупомянутого инструмента является емкость. Она зависит от площади активного подключения, который изолирован слоем диэлектрика. Этот слой практически невиден человеческому глазу, небольшое количество атомных слоев формируют ширину пленки.
Электролит используют в том случае, если нужно восстановить слой оксидной пленки. Для правильной работы аппарата нужно чтоб система была подключена к сети с переменным током в 220 В и имела четко выраженную полярность.
То есть конденсатор создан для того, чтоб накапливать, хранить и передавать определенное количество энергии. Так зачем они нужны, если можно подключить источник питания напрямую к двигателю. Все тут не так просто. Если подключить двигатель непосредственно к источнику питания, то в лучшем случае он не будет работать, в худшем сгорит.
Для того чтоб трехфазный мотор работал в однофазной цепи нужен аппарат, который сможет сдвинуть фазу на 90° на рабочем (третьем) выводе. Также конденсатор играет роль, такой себе катушки индуктивности, за счет того что через него проходит переменный ток – его скачки нивелируются за чет того что, перед работой, в конденсаторе отрицательные и положительные заряды равномерно накапливаются на пластинах, а потом передаются принимающему устройству.
Всего существует 3 основных вида конденсаторов:
- Электролитические;
- Неполярные;
- Полярные.
Описание разновидностей конденсаторов и расчет удельной емкости
Подбирая лучший вариант нужно учитывать несколько факторов. Если подключение происходит через однофазную сеть с напряжением в 220 В, то для пуска нужно использовать фазосдвигающий механизм. Притом их должно быть два, не только для самого конденсатора, но и для двигателя. Формулы, по которым вычисляется удельная емкость конденсатора, зависит от типа подключения к системе, их всего два: треугольник и звезда.
I 1 – номинальный ток фазы двигателя, А (Амперы, чаще всего указывается на упаковке двигателя);
U сети – напряжение в сети (самые стандартные варианты 220 и 380 В). Есть и большее напряжение, но для них нужны совершенно другие типы соединения и более мощные двигатели.
Сп = Ср + Со
где Сп – Пусковая емкость, Ср – рабочая емкость, Со – отключаемая емкость.
Чтоб не напрягаться с расчетами умные люди вывели средние, оптимальные значения, зная оптимальную мощность электродвигателей, которая обозначается – М. Важным правилом является то, что пусковая емкость должна быть больше рабочей.
При мощности От 0,4 до 0,8 кВт: рабочая емкость – 40 мкФ, пусковая мощность – 80 мкФ, От 0,8 до 1,1 кВт: 80 мкФ и 160, мкФ, соответственно. От 1,1 до 1,5 кВт: Ср – 100 мкФ, Сп – 200 мкФ. От 1,5- 2,2 кВт: Ср – 150 мкФ, Сп 250 мкФ; При 2,2 кВт рабочая мощность должна быть не меньше 230 мкФ, а пусковая – 300 мкФ.
При подключении двигателя, рассчитанного на работу при 380 В, в сеть переменного тока с напряжением 220 В, происходит потеря половины номинальной мощности, хотя это никак не влияет, но скорость вращения ротора. При расчете мощности это является важным фактором, уменьшить эти потери можно при схеме подключения «треугольник», КПД двигателя в этом случае будет равно 70%.
Полярные конденсаторы лучше не использовать в системе подключенных к сети переменного тока, в этом случае разрушается слой диэлектрика и происходит нагрев аппарата и, как следствие, замыканию накоротко
Схема подключения «Треугольник»
Само подключение является относительно легким, происходит присоединения токопроводящего провода к и к клеммам двигателя (или мотора). То есть если более упрощенно взять есть мотор в нем находятся три токопроводящие . 1 – ноль, 2 – рабочая, 3 –фаза.
Провод питания заголяется и в нем есть два основных провода в синей и коричневой обмотке, коричневая присоединяется к 1 клемме, ней же присоединяется и один из проводов конденсатора, ко второй рабочей клемме происходит присоединение второго провода конденсатора, ну а к фазе подключается синий провод питания.
Если мощность двигателя является маленькой, до полтора кВт, о в принципе можно использовать только один конденсатор. Но при работе с нагрузками и с большими мощностями обязательное использование двух конденсаторов, они между собой последовательно соединены, но между ними установлен пусковой механизм, в народе называемый «тепловой», который отключает конденсатор при достижении необходимого объёма.
Небольшое напоминание, что конденсатор с меньшей мощностью, пусковой, будет включаться на небольшой промежуток времени для увеличения пускового момента. Кстати модно использовать механический выключатель, который пользователь сам будет включать на заданное время.
Нужно понять – сама обмотка двигателя уже имеет подключение по схеме «звезда», но электрики ее с помощью проводов превращают в «треугольник». Тут главное распределить провода, которые входят в распределительную коробку.
Схема подключения “Треугольник” и “Звезда”
Схема подключения «Звезда»
А вот если двигатель имеет 6 выходов – клемм для подключения, то его нужно раскрутить и посмотреть какие клеммы между собой взаимосвязаны. После этого она пере подключается все в тот же треугольник.
Для этого меняются перемычки, допустим на двигателе имеется 2 ряда клемм по 3 штуки, их номеруют слева направо (123,456), с помощью проводов последовательно соединяются 1 с 4, 2 с 5, 3 с 6, нужно в первую очередь найти нормативные документы и посмотреть на каком именно реле происходит пуск и окончание обмотки.
В этом случае условные 456 станут: нулем, рабочей и фазой – соответственно. К ним подключается конденсатор, как и в предыдущей схеме.
Когда конденсаторы подключены остается только опробовать собранную схему, главное не запутаться в последовательности соединения проводов.
