В зависимости от типа напряжения различают полярные конденсаторы, где необходимо строго соблюдать полярность, и неполярные конденсаторы (используемые в ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ и цепях переменного тока). При выборе необходимой емкости важно помнить, что в цепи с параллельным соединением результирующая емкость суммируется.
Расчет емкости конденсатора для трехфазного асинхронного двигателя
Как выбрать рабочий и пусковой конденсатор для трехфазного двигателя в однофазной цепи. Формулы и практические правила для определения номиналов конденсаторов "звезда-треугольник".
Бытовые электрические сети по своей природе являются трехфазными. Все типы электростанций вырабатывают электроэнергию с тремя фазами, смещенными друг относительно друга на 120°. Такой подход обеспечивает удовлетворение потребностей отраслей с большой мощностью нагрузки. Однако в быту это требование излишне, а разрешенная мощность на семью ограничена 15 киловаттами. Поэтому используется только одна из трех фаз, и в подавляющем большинстве случаев этого достаточно.
Однако существует множество полезных приборов, основанных на использовании трехфазных электродвигателей. Можно ли их использовать в бытовой сети? Ответ отрицательный. При подключении к сети 220 В такой двигатель просто сгорит. Однако если его немного модифицировать, то он будет работать и в однофазной сети.
Единственное различие между фазами в трехфазной системе – это задержка в одну треть периода между пиками тока. Однако вы можете легко создать три фазы для одной фазы, просто включив реактивные элементы, которыми в электротехнике являются индуктивности и емкости, на уровне конечного устройства.
Если мы рассмотрим конкретный пример, а именно. В электродвигателе с самого начала присутствует индуктивность. Это обмотка статора. Остается только включить в цепь конденсатор и соединить провода: тогда емкость, подключенная к одной из трех обмоток, сдвинет фазу в одну сторону, а подключив две другие, вы получите такой же сдвиг фазы, но в противоположном направлении. И все это будет работать при подключении к однофазной сети.
Конечно, если мощность такого двигателя велика, то вышеуказанное ограничение может сработать, поэтому имеет смысл переоборудовать для работы от бытовой сети 220 В только не очень энергоемкие электродвигатели.
Особенности подключения трехфазных двигателей к однофазным сетям
Как мы уже знаем, трехфазный двигатель имеет три обмотки и может быть подключен одним из двух способов: звездой (электрическое обозначение Y) или треугольником (Δ).
Эти названия можно понять из приведенного выше рисунка. При подключении трехфазного электродвигателя к однофазной сети лучше использовать схему "треугольник". Если на заводской табличке электродвигателя есть обозначение Y, то обмотки должны быть включены в треугольник, иначе подключение становится бессмысленным из-за больших потерь мощности.
Теперь поговорим о том, как именно реализовать схему с подключением дополнительного компонента. Особенностью асинхронных двигателей является то, что они имеют более высокие номиналы тока, что обеспечивает надежный запуск. Стандартный способ будет иметь недостатки: если параметры рассчитаны так, чтобы пуск был действительно беспроблемным, то при достижении скорости вращения вала двигатель будет перегреваться, что приведет к ускоренному износу. Если ток ограничен номинальным, двигатель будет плохо запускаться, а при наличии пусковой нагрузки он вообще не сможет запуститься. Однако существует решение: использование двух конденсаторов – пускового и рабочего. Пример такой схемы показан на рисунке:
Здесь Cпусковой конденсатор установлен в цепи параллельно рабочему конденсатору. Если мощность двигателя низкая, то конденсатор Cпусковой может быть равен номинальному значению Cведомый. На рынке можно найти специальные пусковые конденсаторы, на что указывает слово "start" в их обозначении.
Понятно, что назначение пускового аналога – помочь основному двигателю запуститься, после чего его необходимо выключить. Для этого в цепи имеется выключатель, в простейшем виде – кнопка. Чаще и удобнее использовать комбинированный кнопочный выключатель: нажать и удерживать его для запуска двигателя, а когда двигатель достигнет рабочей скорости, кнопку отпускают, размыкая цепь Cпускно останется нажатой, что означает, что остальная часть цепи будет продолжать работать. Нажатие на красную кнопку выключит двигатель.
Пусковой конденсатор
Пусковой конденсатор постоянно подключен к цепи питания и действует как фазосдвигающая цепь для обмоток двигателя. Этот конденсатор подключается последовательно с одной из обмоток и должен обеспечивать длительный срок службы. Конденсатор вместе с обмоткой двигателя образует колебательный контур, в результате чего напряжение на конденсаторе выше напряжения питания. Это необходимо учитывать при выборе рабочего конденсатора. Превышение номинальной емкости может привести к нагреву двигателя и повреждению обмоток.
Если на валу имеется нагрузка, препятствующая его свободному вращению при запуске, следует использовать дополнительный пусковой конденсатор. Время работы пускового конденсатора составляет 3-5 секунд, и он подключается параллельно рабочему конденсатору, поскольку требуется увеличенная емкость фазосдвигающего конденсатора (в 2-3 раза больше емкости рабочего конденсатора). Когда двигатель достигает рабочей скорости, пусковой конденсатор отключается, и двигатель работает за счет сдвига фаз. Это необходимо только для двигателей, в которых предусмотрен такой режим запуска!
В качестве пусковых и рабочих конденсаторов со сдвигом фаз используются конденсаторы с полипропиленовым диэлектриком, и лучше выбирать рабочее напряжение 400-500 В, что обеспечивает необходимый запас напряжения при работе.
ВАЖНО: 220 В – опасное для жизни напряжение!
Конденсатор долго сохраняет заряд и после монтажа схемы должен быть разряжен!
Тщательно подбирайте рабочее напряжение для конкретного случая коммутации обмоток (Δ-треугольник или Y-звезда). Двигатель с обмоткой "звезда" (как в примере схемы параметров) при подключении к сети 220 В будет сильно нагреваться, терять мощность и может выйти из строя!
Расчет емкости пускового и рабочего конденсаторов для трехфазных двигателей
Выберите тип подключения двигателя и введите необходимые значения
Тип соединения обмоток двигателя: треугольник Δ или звезда Y ?
Пример расположения параметров с заводской таблички двигателя
Введите необходимые значения:
Подключение обмотки двигателя:
Вспомогательная или пусковая обмотка в однофазном двигателе
Однофазный двигатель имеет вспомогательную обмотку, специально установленную для запуска и самозапуска. Только так ротор и вал могут быть приведены в движение и начать вращаться.
Эта обмотка (пусковая обмотка) установлена на статоре, но смещена относительно рабочей обмотки на 90 градусов. Это означает, что вспомогательная и основная обмотки перпендикулярны друг другу. Чтобы сдвинуть не только катушки, но и токи, к цепи подключается элемент, называемый фазовращателем.
Фазы могут быть сдвинуты с помощью следующих устройств:
- активный резистор;
- конденсатор;
- индуктор.
Следует отметить, что двигатель с конденсатором, подключенным в качестве фазосдвигающего элемента, обеспечивает наилучшие характеристики при работе и запуске.
Основные части двигателя, статор и ротор, изготовлены из металла. При их изготовлении используется только определенный вид металла. Это электротехническая сталь марки 2212.
Принцип работы электродвигателя
Под воздействием переменного электрического тока в статоре создается магнитное поле. Его можно представить как два отдельных поля, амплитуда и частота которых одинаковы, но направления различны.
Два магнитных поля в статоре двигателя взаимодействуют с ротором, который начинает вращаться и запускает двигатель. Вращение начинается потому, что поля статора имеют разные направления. Если нет пускового механизма, т.е. нет вспомогательной обмотки, ротор никогда не начнет двигаться.
Если ротор начинает вращаться в одном направлении, он может изменить направление только при наличии внешних помех.
Типы схем подключения
Существует несколько типов схем подключения трехфазного электродвигателя с использованием конденсаторов. Различные типы электрических схем 380-220 В зависят от нескольких факторов, мощности (P, кВт) и типа подключения обмоток. Если мощность выше 1,5 кВт, необходимо использовать пусковые конденсаторы, которые используются только при запуске двигателя, а затем отключаются.
При выборе типа применения необходимо учитывать тип соединения обмоток асинхронного двигателя. Существует два варианта соединения – звезда и треугольник. В первом случае обмотки соединяются в одной точке; при соединении треугольником начало обмотки соединяется с концом предыдущей обмотки.
На клеммной колодке устройства имеется три клеммы. Это означает, что соединение "звезда" уже собрано. Однако в некоторых случаях производитель напечатал 6 клемм, которые обозначаются C1, C2, C3 (начало обмотки), C4, C5, C6 (конец обмотки). Необходимо посмотреть на маркировку подключения двигателя (треугольник, звезда) и подключить провода в соответствии с ней. Лучше доверить эту задачу электрику.
Рис.1 Подключение двигателя мощностью до 1,5 кВт по схеме звезда-треугольник
Следует отметить, что при соединении треугольником теряется около 70% номинальной мощности, в то время как соединение звездой позволяет снизить потери до 50%.
Как видно из рисунка, схема подключения электродвигателя является типичной. Фазный и нулевой проводники подключаются к двум выводам обмотки (два вывода на двигателе), а третий вывод (обмотка) компенсируется рабочим конденсатором к фазному выводу сети.
Рис.2. Электрическая схема для двигателя мощностью более 1,5 кВт
В этой схеме параллельно рабочему конденсатору следует добавить рабочий конденсатор, как показано на рисунке. Рекомендуется включать его с помощью кнопки, другими словами, нажатие на нее запускает двигатель и отпускает его.
Выбор емкости рабочего и пускового конденсатора
Его напряжение должно быть больше 300 В, но 400 В является хорошим значением. Рекомендуются конденсаторы типов MBGO, MBPG, MBGCH.
Рабочая емкость рассчитывается по формуле:
Ԝрб. = 4800 × I / U, где I – номинальный ток электродвигателя, А. U – напряжение сети, В.
В случае подключения треугольником она рассчитывается по формуле:
Srv. = 2800 × I/ U
В некоторых случаях мы принимаем приблизительный расчет емкости, предполагая 70 – 100 мкФ емкости на каждый киловатт мощности электродвигателя. Такие расчеты используются, когда двигатель перематывается и существует определенная погрешность, так как невозможно произвести ремонт по критериям электроцеха и при этом добиться номинальных характеристик. В этом случае рабочая мощность должна быть составлена из нескольких емкостей, а затем сложена или вычтена.