Как подбирается конденсатор. Определение емкостей фазосдвигающих конденсаторов. Рабочий и пусковой конденсаторы
Асинхронные двигатели получили широкое применение в промышленности. Но электрические агрегаты небольшой мощности с успехом могут быть использованы и в быту. Для его функционирования необходимо вращающееся магнитное поле.
Однако однофазные двигатели не будут вращаться без созданного сдвига фаз, который организуется при помощи дополнительной обмотки и фазосдвигающим элементом. В качестве последнего подойдут конденсаторы MAL2118 .
Конденсатор можно подключить различными методами. Существует три различные схемы:
- пусковая;
- рабочая;
- смешанная.
Стоит отметить, что наиболее распространённой схемой является первая (пусковая). Её отличительная особенность заключается в том, что конденсатор включается в сеть двигателя только на момент его старта.
Затем электрический агрегат самостоятельно поддерживает своё вращение. Подобная схема включения позволяет не только экономить средства на установке комплектации (провода меньшего сечения), но и экономить на электроэнергии.
Не нужно забывать о том, что существует весьма вероятная угроза перегрева, которая в большинстве случаев зависит от местности в которой используется двигатель. В качестве защиты рекомендуется установить термореле.
Означенная схема выгодна в первую очередь тем, что позволяет исправлять искажения магнитного поля, тем самым сокращая потери на вихревые токи и повышая коэффициент полезного действия.
Конденсатор остаётся включённым весь период работы двигателя. Однако и в этом методе есть ложка дёгтя. Включение с рабочим конденсатором значительно ухудшает пусковые характеристики асинхронной машины.
Именно по этой причине инженеры советуют прийти к компромиссу и использовать сразу две схемы, объединённые в одну.
Благодаря использованию сразу двух схем, пусковые характеристики будут средними (вполне приемлемыми с точки зрения использования ресурсов).
Помните! Перед тем, как выполнять включение при помощи конденсатора, необходимо в обязательно порядке при помощи мультиметра оценить работоспособность электрического элемента (даже если он абсолютно новый).
Александр Шенрок наглядно продемонстрирует методы пуска асинхронного двигателя при помощи конденсатора:
Самый простой способ включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть, это с помощью одного фазосдвигающего конденсатора. В качестве такого конденсатора нужно использовать только неполярные конденсаторы, а не полевые (электролитические).
Фазосдвигающий конденсатор.
При подключении трехфазного электродвигателя к трехфазной сети пуск обеспечивается за счет переменного магнитного поля. А при подключении двигателя к однофазной сети достаточный сдвиг магнитного поля не создается, поэтому нужно использовать фазосдвигающий конденсатор.
Емкость фазосдвигающего конденсатора нужно рассчитать так:
- для соединения «треугольником» : Сф=4800 I/U;
- для соединения «звездой» : Сф=2800 I/U.
Об этих типах соединения можно подробнее ознакомиться :
В этих формулах: Сф – емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ; I– номинальный ток, А; U– напряжение сети, В.
В этой формуле такие сокращения: P – мощность электродвигателя, обязательно в кВт; cosф – коэффициент мощности; n – КПД двигателя.
Коэффициент мощности или смещения тока к напряжению, а также КПД электродвигателя указывается в паспорте или в табличке (шильдике) на двигателе. Значения эти двух показателей часто бывают одинаковыми и чаще всего равны 0,8-0,9.
Грубо можно определить емкость фазосдвигающего конденсатора так: Сф=70 P. Получается так, что на каждые 100 Вт нужно по 7мкФ емкости конденсатора, но это не точно.
В конечном итоге правильность определения емкости конденсатора покажет работа электродвигателя. Если двигатель не будет запускаться, значит, емкости мало. В случае, когда двигатель при работе сильно нагревается, значит, емкости много.
Рабочий конденсатор.
Найденной по предложенным формулам емкости фазосдвигающего конденсатора достаточно только для пуска трехфазного электродвигателя, не нагруженного. То есть, когда на валу двигателя нет никаких механических передач.
Рассчитанный конденсатор будет обеспечивать работу электродвигателя и когда он выйдет на рабочие обороты, поэтому такой конденсатор еще называется рабочим.
Пусковой конденсатор.
Ранее было сказано, что ненагруженный электродвигатель, то есть небольшой вентилятор, шлифовальный станок можно запустить от одного фазосдвигающего конденсатора. А вот, запустить сверлильный станок, циркулярную пилу, водяной насос уже не получиться запустить от одного конденсатора.
Чтобы запустить нагруженный электродвигатель нужно к имеющемуся фазосдвигающему конденсатору кратковременно добавить емкости. А конкретно, нужно уже к подсоединенному рабочему конденсатору подключить параллельно еще один фазосдвигающий конденсатор. Но только на короткое время на 2 – 3 секунды. Потому что когда электродвигатель наберет высокие обороты, через обмотку, к торой подключены два фазосдвигающих конденсатора, будет протекать завышенный ток. Большой ток нагреет обмотку электродвигателя, и разрушит ее изоляцию.
Подключенный дополнительно и параллельно конденсатор к уже имеющемуся фазосдвигающему (рабочему) конденсатору называется пусковым.
Для слабонагруженных электродвигателей вентиляторов, циркулярных пил, сверлильных станков емкость пускового конденсатора выбирается равной емкости рабочего конденсатора.
Для нагруженных двигателей водяных насосов, циркулярных пил нужно выбирать емкость пускового конденсатора в два раза больше, чем у рабочего.
Очень удобно, для точного подбора нужных емкостей фазосдвигающих конденсаторов (рабочего и пускового) собрать батарею параллельно соединенных конденсаторов. Конденсаторы соединенные вместе нужно взять небольшими емкостями 2, 4, 10, 15 мкФ.
При выборе по напряжению любого конденсатора нужно пользоваться универсальным правилом. Напряжение, на которое конденсатор рассчитан должно быть в 1,5 раз выше того напряжения, куда он будет подключен.
добавил комментарий на ютубе:всё несколько проще. В любом вменяемом учебнике, с названием “Электрические машины”, в конце раздела, посвящённого теории асинхронного двигателя, рассматривается вопрос работы асинхронника в однофазном режиме, с различными схемами подключения обмоток. Там же приводятся формулы расчёта ёмкости рабочих и пусковых конденсаторов. Точный расчёт, довольно сложен – нужно знать специфические параметры двигателя. Упрощённая методика расчёта имеет следующий вид: Звезда Сраб = 2800 (Iном / Uсет); Спуск = Сраб 2÷3 (при тяжёлых условиях запуска, кратность 5); Треугольник Сраб = 4800 (Iном / Uсет); Спуск = Сраб 2÷3 (при тяжёлых условиях запуска, кратность 5); где, Сраб – ёмкость рабочего конденсатора, мкФ; Спуск – ёмкость пускового конденсатора, мкФ; Iном – номинальный фазный ток двигателя при номинальной нагрузке, А; Uсет – напряжение сети, к которой будет подключён двигатель, В. Пример расчета. Исходные данные: имеем асинхронный электродвигатель – 4 кВт; схема соединения обмоток –Δ / Y напряжение U – 220 / 380 В; ток I – 8 / 13,9 А. По токам мотора: 8 А – это фазный ток (т.е. ток каждой из трёх обмоток) двигателя на треугольнике и звезде, и он же линейный ток на звезде; 13,9 А – это линейный ток двигателя на треугольнике (в расчётах нам не понадобится). Ну, и, собственно, сам расчёт: Звезда Сраб = 2800 (Iном / Uсет) = 2800 (8 / 220) = 101,8 мкФ Спуск = Сраб 2÷3 = 101,8 2÷3 = 203,6÷305,4 мкФ (при тяжёлых условиях запуска – 509 мкФ) Треугольник Сраб = 4800 (Iном / Uсет) = 4800 (8 / 220) = 174,5 мкФ Спуск = Сраб 2÷3 = 174,5 2÷3 = 349÷523,5 мкФ (при тяжёлых условиях запуска – 872,5 мкФ) Тип рабочего конденсатора – полипропиленовый (импортный СВВ-60 или отечественный аналог – ДПС). Напряжение кондёра не меньше 400 В по переменке (пример маркировки: АС ~ 450 В), для советских бумажных МБГО рабочая напруга должна быть не меньше 500 В, если меньше – соединять последовательно, но это потеря ёмкости, естественно – так много кондёров набирать придётся). Для пусковых конденсаторов лучше, конечно, тоже использовать полипропиленовые или бумажные, но это будет дорого и громоздко. Для удешевления, можно взять полярные электролитические (это те, у которых на корпусе есть « + » и/или « – »), предварительно сделав из двух полярных электролитов, один неполярный, соединив два конденсатора минусами вместе (можно соединять и плюсами, но у некоторых конденсаторов минус соединён с корпусом этих кондёров и если соединять их плюсами, то придётся эти кондёры изолировать не только от окружающего “железа”, но и друг от друга, а иначе КЗ), а оставшиеся два плюса оставить для подключения к обмоткам мотора (не забываем, что при последовательном соединении двух одинаковых конденсаторов их суммарная ёмкость уменьшается в два раза, а рабочее напряжение в два раза увеличивается – например, соединив последовательно (минус к минусу) два конденсатора 400 В 470 мкФ, получим один неполярный кондёр с рабочим напряжением 800 В и ёмкостью 235 мкФ). Рабочее напряжение каждого из двух последовательно соединённых электролитов, должно быть не меньше 400 В. Нужную пусковую ёмкость набираем (при необходимости) параллельным соединением таких сдвоенных (т.е. уже неполярных) электролитов – при параллельном соединении конденсаторов, рабочее напряжение остаётся неизменным, а ёмкости суммируются (так же, как и при параллельном соединении аккумуляторов). Можно и не изобретать этот “колхоз” со сдвоенными электролитами – есть готовые пусковые неполярные электролиты – например, тип CD-60. Но, в любом случае, с электролитами (и неполярными, и уж тем более с полярными) есть одно НО – такие конденсаторы в сеть 220 В можно включать (полярные лучше вообще не включать) только на время запуска двигателя – использовать электролиты как рабочие конденсаторы нельзя – взорвутся (полярные почти сразу, неполярные чуть позже). С рабочим конденсатором на треугольнике двигатель теряет 25-30 % свой трёхфазной мощности, на звезде 45-50 %. Без рабочего конденсатора, в зависимости от схемы соединения обмоток, потеря мощности составит более 60 %. И ещё один момент по кондёрам: в youtube немало видео, где народ подбирает рабочие конденсаторы по звуку мотора на холостом ходу (без нагрузки) и пугаясь повышенного гудения двигателя, уменьшает ёмкость рабочих конденсаторов до тех пор, пока это гул не снизится до более-менее приемлемого. Это неправильный подбор рабочего кондёра – так занижается мощность двигателя под нагрузкой. Да, повышенное гудение мотора это не очень хорошо, но не слишком опасно для обмоток, если ёмкость рабочего конденсатора не завышена. Дело в том, что в идеале, ёмкость рабочего конденсатора должна плавно меняться, в зависимости от нагрузки двигателя – чем больше нагрузка, тем больше должна быть ёмкость. Но сделать такую плавную регулировку ёмкости довольно сложно, это и дорого, и громоздко. Поэтому подбирают такую ёмкость, которая будет соответствовать какой-то конкретной нагрузке мотора – как правило, номинальной. При соответствии ёмкости рабочего конденсатора расчётной нагрузке двигателя, магнитное поле статора круговое и гудение минимально. Но когда ёмкость рабочего конденсатора превышает нагрузку мотора, магнитное поле статора становится эллиптическим, пульсирующим, неравномерным, и вот это пульсирующее магнитное поле и вызывает гудение, из-за неравномерного вращения ротора – ротор, вращаясь в одном направлении, попутно дёргается то вперёд, то назад, и при повышенных токах в обмотках, двигатель развивает меньшую мощность. Поэтому если мотор гудит на средних нагрузках и на холостом ходу, то это не так страшно, а вот если гудение наблюдается при полной нагрузке, то это говорит о явно завышенной ёмкости рабочего кондёра. В этом случае, уменьшение ёмкости позволит снизить токи в обмотках двигателя и его нагрев, выровнять (“скруглить”) магнитное поле статора (т.е. уменьшить гудение) и повысить развиваемую мотором мощность. Но оставлять мотор в работе на холостом ходу длительное время с рабочим кондёром, рассчитанным на полную мощность двигателя, всё же не стоит – в этом случае на рабочем конденсаторе будет повышенное напряжение (до 350 В), а по обмотке, подключенной последовательно с рабочим конденсатором, будет протекать повышенный ток (на 30 % больше номинального – на треугольнике, и на 15 % - на звезде). При увеличении нагрузки на мотор, напряжение на рабочем кондёре и ток в последовательно соединённой с рабочим кондёром обмотке двигателя будут снижаться.
При подключении асинхронного электродвигателя в однофазную сеть 220/230 В необходимо обеспечить сдвиг фаз на обмотках статора, чтобы сделать имитацию вращающегося магнитного поля (ВМП), которое заставляет вращаться вал ротора двигателя при подключению его в «родные» трехфазные сети переменного тока. Известная многим, кто знаком с электротехникой, способность конденсатора давать электрическому току «фору» на π/2=90° по сравнению с напряжением, оказывает хорошую услугу, так как это создает необходимый момент, заставляющий вращаться ротор в уже «не родных» сетях.
Но конденсатор для этих целей необходимо подбирать, причем нужно делать с высокой точностью. Именно поэтому читателям нашего портала предоставляется в абсолютное безвозмездное пользование калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора. После калькулятора будут даны необходимые разъяснения по всем его пунктам.
Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов
Если заглянуть внутрь корпуса любого электроприбора, можно увидеть множество различных компонентов, применяемых в современной схемотехнике. Разобраться, как работают все эти соединенные в единую систему резисторы, транзисторы, диоды и микросхемы, довольно сложно. Однако для того чтобы понять, зачем нужен конденсатор в электрических цепях, достаточно знаний школьного курса физики.
Устройство конденсатора и его свойства
Конденсатор состоит из двух или более электродов – обкладок, между которыми помещен слой диэлектрика. Такая конструкция обладает способностью накапливать электрический заряд при подключении к источнику напряжения. В качестве диэлектрика могут использоваться воздух или твердые вещества: бумага, слюда, керамика, оксидные пленки.
Основная характеристика конденсатора – постоянная или переменная электрическая емкость, измеряемая в фарадах. Она зависит от площади обкладок, зазора между ними и вида диэлектрика. Емкость конденсатора определяет два важнейших его свойства: способность накапливать энергию и зависимость проводимости от частоты пропускаемого сигнала, благодаря которым этот компонент получил широкое применение в электрических цепях.
Накопление энергии
Если подключить плоский конденсатор к источнику постоянного напряжения, на одном из его электродов будут постепенно собираться отрицательные заряды, а на другом – положительные. Данный процесс, называемый зарядкой, показан на рисунке. Его длительность зависит от значений емкости и активного сопротивления элементов цепи.
Наличие диэлектрика между обкладками препятствует протеканию заряженных частиц внутри устройства. Но в самой цепи в это время электрический ток будет существовать до тех пор, пока напряжения на конденсаторе и источнике не станут равны. Теперь, если отключить элемент питания от емкости, она сама будет являться своеобразной батарейкой, способной отдавать энергию в случае подсоединения нагрузки.
Зависимость сопротивления от частоты тока
Подключенный к цепи переменного тока конденсатор будет периодически перезаряжаться в соответствии с изменением полярности питающего напряжения. Таким образом, рассматриваемый электронный компонент, наряду с резисторами и катушками индуктивности, создает сопротивление Rс=1/(2πfC), где f – частота, С – емкость.
Как видно из представленной зависимости, конденсатор обладает высокой проводимостью по отношению к высокочастотным сигналам и слабо проводит низкочастотные. Сопротивление емкостного элемента в цепи постоянного тока будет бесконечно большим, что эквивалентно ее разрыву.
Изучив эти свойства, можно рассмотреть, зачем нужен конденсатор и где он используется.
Где применяются конденсаторы?
- Фильтры – устройства в радиоэлектронных, энергетических, акустических и других системах, предназначенные для пропускания сигналов в определенных диапазонах частот. Например, в обычном зарядном устройстве для мобильного телефона применяются конденсаторы для сглаживания напряжения за счет подавления высокочастотных составляющих.
- Колебательные контуры электронной аппаратуры. Их работа основана на том, что при включении конденсаторов в совокупности с катушкой индуктивности в цепи возникают периодические напряжения и токи.
- Формирователи импульсов, таймеры, аналоговые вычислительные устройства. В работе этих систем используется зависимость времени заряда конденсатора от величины емкости.
- Выпрямители с умножением напряжения, применяемые в том числе в рентгенотехнических установках, лазерах, ускорителях заряженных частиц. Здесь важнейшую роль играет свойство емкостного компонента накапливать энергию, сохранять и отдавать ее.
Конечно, это только самые распространенные устройства, где используются конденсаторы. Без них не обойдется ни одна сложная бытовая, автомобильная, промышленная, телекоммуникационная, силовая электронная аппаратура.
(1 оценок, в среднем: 5,00 из 5)
Loading...
