Что такое пусковой конденсатор для асинхронного двигателя

Что такое пусковой конденсатор для асинхронного двигателя

Расчет емкости фазосдвигающего конденсатора
для трехфазного асинхронного двигателя в бытовой однофазной сети

Рабочий и пусковой конденсаторы включаются в цепь параллельно, во время пуска работают одновременно, затем пусковой отключают. В момент пуска асинхронных двигателей (особенно, с нагрузкой на валу) в сети 220 В требуется повышенная емкость фазосдвигающего конденсатора (в 2-3 раза выше емкости рабочего).

Двигатель, имеющий маркировку 220/380 и Δ/Y включается в однофазную сеть 220В по схеме треугольник, по схеме звезда в сети 220В такой двигатель будет терять в мощности троекратно и сильно греться.

При соединении конденсаторов параллельно их емкость суммируется. При соединении конденсаторов последовательно, рабочее напряжение в цепи будет равняться сумме напряжений всех конденсаторов, а емкость вычисляется по формуле: 1/C = 1/C1 + 1/C2 + . + 1/Cn. Рабочее напряжение в цепи конденсаторов должно быть минимум в полтора раза выше напряжения сети (то есть не менее 330В в сети 220В). Таким образом, два конденсатора на 200 мкф с рабочим напряжением 200В дадут при последовательном соединении емкость 100 мкф и допустимое рабочее напряжение 400В. При параллельном соединении емкость будет 400 мкф и рабочее напряжение 200В (самое низкое значение допустимого напряжения из всего набора конденсаторов в цепи). Необходимые конденсаторы представлены в сетевых магазинах в разделе пусковых конденсаторов (не ищите по старинке бумажные — их практически перестали выпускать).

Видеопримеры работы двигателя 2.2 кВт и 1.1 кВт с одной и той же нагрузкой и правильно подобранными рабочими и пусковыми конденсаторами, разница в скорости пуска 3 и 20 секунд. И сборка на 3.3 кВт весело крутится (пильный диск 350 мм в диаметре). Еще распиловка дров на 2.2 кВт: ракурс 1 и ракурс 2.

Схема включения в однофазную сеть трёхфазного асинхронного двигателя с обмотками статора, соединёнными по схеме «звезда» (а) или «треугольник» (б): B1 — Переключатель направления вращения (реверс), В2 — Выключатель пусковой ёмкости; Ср — рабочий конденсатор; Cп — пусковой конденсатор; АД — асинхронный электродвигатель.

На схеме представлено последовательное (сверху) и параллельное (снизу) соединение кон­ден­саторов.

На рисунке представлена схема соединения обмоток двигателя «Звезда».

На рисунке представлена схема соединения обмоток двигателя «Треугольник».

Конденсаторный двигатель

Конденсаторные двигатели — разновидность асинхронных двигателей, в обмотки которого включены конденсаторы для создания сдвига фазы тока. [1] Подключаются в однофазную сеть посредством специальных схем. По количеству фаз статора делятся на двухфазные и трёхфазные.

Существует разные схемы подключения, больше вариантов для трёхфазных двигателей, различающиеся способом соединения обмоток двигателя и составом дополнительных элементов, но минимальная работоспособная схема содержит один конденсатор, от чего и происходит название.

Как правило, одна из обмоток («фаза двигателя») запитывается напрямую от однофазной сети, а другие обмотки запитывается через электрический конденсатор, который сдвигает фазу подводимого тока почти на +90°, или через катушку индуктивности, которая сдвигает фазу почти на −90°. Чтобы результирующее вращающееся магнитное поле не было эллиптическим, последовательно с конденсатором включается переменный проволочный резистор, с помощью которого добиваются кругового вращающегося магнитного поля.

Содержание

  • 1 Применение
  • 2 Преимущества
  • 3 Недостатки
  • 4 Марки конденсаторных электродвигателей
  • 5 Примечания
  • 6 См. также

Применение [ править | править код ]

Промышленные конденсаторные двигатели имеют в основе, как правило, двухфазный двигатель (проще производство и схема подключения). Трёхфазные двигатели переделываются под однофазную сеть обычно в частном порядке или мелкосерийном производстве в силу массовости таких типов двигателей и сетей, выбирая при этом между сложностью схемы и недоиспользованием мощности двигателя.

Такие двигатели используются в основном в бытовой технике малой мощности: активаторных стиральных машинах, механизмах катушечных и стационарных кассетных магнитофонов, недорогих проигрывателях виниловых дисков, вентиляторах и другой подобной технике.

Также такие двигатели применяются в циркуляционных насосах водопроводных и отопительных систем (напр. компании Grundfos), и в воздуходувках и дымососах отопительных и водонагревательных агрегатов (напр. Buderus).

Трёхфазные асинхронные двигатели в однофазную электрическую сеть включают через фазосдвигающий конденсатор.

Первый вывод обмотки электродвигателя подключается к «фазовому» проводу, второй вывод — к нейтральному проводу. Третий вывод обмотки подключается через конденсатор, ёмкость которого подбирается по формулам, в зависимости от того, как соединены обмотки двигателя — звездой или треугольником.

Читать еще:  Чем питается двигатель автомобиля

Если обмотки соединены звездой, тогда ёмкость «рабочего» конденсатора должна быть

C W O R K / S T A R = 2800 I U =2800>> .

Если обмотки соединены треугольником, тогда ёмкость «рабочего» конденсатора должна быть

C W O R K / T R I A N G L E = 4800 I U =4800>> , где

U — напряжение сети, вольт;

I — рабочий ток двигателя, ампер;

При пуске двигателя кнопкой подключается пусковой конденсатор C L A U N C H > , ёмкость которого должна быть в два раза больше ёмкости рабочего. Как только двигатель наберёт нужные обороты, кнопку «Пуск» отпускают.

Переключатель B 2 > позволяет изменять направление вращения электродвигателя. Выключатель B 1 > отключает электродвигатель.

Используя паспортные данные электродвигателя, можно определить его рабочий ток I по формуле:

cos varphi >>> , где

P — электрическая мощность двигателя, Ватт;

U — напряжение сети, вольт;

cos ⁡ φ — коэффициент мощности.

Преимущества [ править | править код ]

Практически единственный способ реализации асинхронного двигателя в обычной бытовой однофазной сети.

Недостатки [ править | править код ]

Ёмкость конденсатора подобрана для случая оптимальной частоты вращения двигателя. В случае, если частота вращения ниже оптимальной (пуск или большая механическая нагрузка, особенно переменная) противо-ЭДС в обмотке, подключенной через конденсатор, отклоняется от идеального значения, что разбалансирует всю схему и приводит к появлению эллиптического магнитного поля с сильным падением мощности.

Поэтому схема применима только для небольших или для практически постоянных нагрузок, как, например, в проигрывателе виниловых дисков или же отопительном циркуляционном насосе. В пылесосе же, например, это невозможно, и потому там применяется коллекторный двигатель.

Кроме того, конденсаторный двигатель, как и любой асинхронный, предъявляет довольно высокие требования к качеству синусоиды и частоте питающего напряжения. Потому устройства, содержащие такие двигатели нельзя подключать к дешёвому «компьютерному» ИБП — в режиме работы от батарей на выходе такого ИБП не синусоида, а меандр, иногда с частотой существенно выше 50 Гц. Для питания конденсаторных двигателей желателен ИБП двойного преобразования , синтезирующий синусоиду с долей высоких гармоник менее 1/20.

Конденсаторные двигатели — устройство, принцип действия, применение

В этой статье поговорим о конденсаторных двигателях, которые по сути являются обычными асинхронными, отличающимися лишь способом подключения к сети. Затронем тему подбора конденсаторов, разберем причины необходимости точного подбора емкости. Отметим основные формулы, которые помогут в приблизительной оценке требуемой емкости.

Конденсаторным двигателем называется асинхронный двигатель, в цепь статора которого включена дополнительная емкость, с целью создать сдвиг фаз тока в обмотках статора. Зачастую это касается однофазных цепей при использовании трехфазных или двухфазных асинхронных двигателей.

Обмотки статора асинхронного двигателя физически сдвинуты друг относительно друга, и одна из них включается непосредственно в сеть, в то время как вторая, либо вторая и третья подключаются к сети через конденсатор. Емкость конденсатора подбирается так, чтобы сдвиг фаз токов между обмотками получился бы равным или хотя бы близким к 90°, тогда ротору будет обеспечен максимальный вращающий момент.

При этом модули магнитной индукции обмоток должны получиться одинаковыми, чтобы магнитные поля обмоток статора оказались бы сдвинуты относительно друг друга так, чтобы суммарное поле вращалось по кругу, а не по эллипсу, увлекая за собой ротор с наибольшей эффективностью.

Очевидно, ток и его фаза в подключенной через конденсатор обмотке связаны как с емкостью конденсатора, так и с эффективным импедансом обмотки, который в свою очередь зависит от скорости вращения ротора.

При старте двигателя импеданс обмотки определяется лишь ее индуктивностью и активным сопротивлением, поэтому он относительно мал в момент пуска, и здесь нужен конденсатор большей емкости для обеспечения оптимального пуска.

Когда же ротор разгонится до номинальных оборотов, магнитное поле ротора станет индуцировать в обмотках статора ЭДС, которая будет направлена против питающего обмотку напряжения — эффективное сопротивление обмотки теперь растет, и требуемая емкость снижается.

При оптимально подобранной емкости в каждом режиме (пусковой режим, рабочий режим) магнитное поле будет круговым, и здесь имеет значение как скорость вращения ротора, так и напряжение, и число витков обмотки, и подключенная в текущий момент емкость. Если оптимальное значение какого-нибудь параметра нарушено, поле становится эллиптическим, характеристики двигателя соответственно падают.

Читать еще:  Электрический запуск дизельного двигателя

Для двигателей разного назначения схемы подключения емкостей разные. Когда требуется значительный пусковой момент, применяют конденсатор большей емкости, чтобы обеспечить оптимальные ток и фазу именно в момент пуска. Если пусковой момент не особо важен, то внимание уделяют только созданию оптимальных условий рабочего режима, при номинальной скорости вращения, и емкости подбирается для номинальных оборотов.

Довольно часто для качественного пуска применяют пусковой конденсатор, который на время запуска подключается параллельно рабочему конденсатору относительно малой емкости, чтобы вращающееся магнитное поле и при пуске было круговым, затем пусковой конденсатор отключают, и двигатель продолжает работу только с рабочим конденсатором. В особых случаях прибегают к набору конденсаторов с возможностью переключения для разных нагрузок.

Если пусковой конденсатор случайно не будет отключен после выхода двигателя на номинальные обороты, сдвиг фаз в обмотках уменьшится, не будет уже оптимальным, и магнитное поле статора станет эллиптическим, что ухудшит рабочие характеристики двигателя. Крайне важно правильно подобрать пусковую и рабочую емкости, чтобы двигатель работал эффективно.

На рисунке показаны типичные схемы включения конденсаторных двигателей, применяемые на практике. Например рассмотрим двухфазный двигатель с короткозамкнутым ротором, статор которого имеет две обмотки для питания в двух фазах А и В.

В цепь дополнительной фазы статора включен конденсатор С, поэтому токи IA и IВ текут в обеих обмотках статора в двух фазах. Наличием емкости добиваются фазового сдвига токов IA и IВ в 90°.

Векторная диаграмма показывает, что суммарный ток сети образован геометрической суммой токов обеих фаз IA и IВ. Подбором емкости С добиваются такого сочетания с индуктивностями обмоток, чтобы фазовый сдвиг токов получился именно 90°.

Ток IA запаздывает относительно приложенного сетевого напряжения UА на угол φА, а ток IВ — на угол φВ относительно напряжения UB, приложенного к зажимам второй обмотки в текущий момент. Угол между напряжением сети и напряжением, приложенным ко второй обмотке составляет 90°. Напряжение на конденсаторе UС образует угол 90° с током IВ.

По диаграмме видно, что полная компенсация фазового сдвига при φ = 0 достигается тогда, когда реактивная мощность потребляемая двигателем из сети равна реактивной мощности конденсатора С. Рядом на рисунке показаны типичные схемы включения трехфазных двигателей с конденсаторами в цепях обмоток статоров.

Промышленностью сегодня выпускаются конденсаторные двигатели на базе двухфазных. Трехфазные легко модифицируются вручную для питания от однофазной сети. Встречаются и мелкосерийные трехфазные модификации, уже оптимизированные при помощи конденсатора под однофазную сеть.

Часто такие решения можно встретить в бытовых приборах, таких как посудомоечные машины и комнатные вентиляторы. Промышленные циркуляционные насосы, воздуходувки и дымососы также часто используют в своей работе конденсаторные двигатели. Если требуется включить трехфазный двигатель в однофазную сеть — применяют фазосдвигающий конденсатор, то есть опять же переделывают двигатель в конденсаторный.

Для приблизительного расчета емкости конденсатора применяют известные формулы, в которые достаточно подставить напряжение питания и рабочий ток двигателя, и легко вычислить необходимую емкость для соединения обмоток звездой или треугольником.

Для нахождения рабочего тока двигателя достаточно прочитать данные на его шильдике (мощность, кпд, косинус фи), и так же подставить в формулу. В качестве пускового конденсатора принято устанавливать конденсатор в два раза большей емкости, чем рабочий.

К преимуществам конденсаторных двигателей, по сути — асинхронных, относится главным образом одно — возможность включить трехфазный двигатель в однофазную сеть. Из недостатков — необходимость оптимальной емкости под конкретную нагрузку, и недопустимость питания от инверторов с модифицированной синусоидой.

Надеемся, что эта статья была для вас полезной, и теперь вы понимаете, для чего асинхронным двигателям конденсаторы, и как подбирать их емкость.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Читать еще:  Что такое фидер двигателя

Отличия пусковых конденсаторов на 220В от рабочих

Асинхронный трехфазный двигатель можно подключить без особого ущерба к обычной однофазной электрической сети через конденсаторы. С их помощью обеспечивается запуск и достижение нужных режимов функционирования при такой системе питания. Различают рабочий и пусковой конденсаторы.

  • Отличия между ними
  • Способы присоединения
  • Условия работы

Отличия между ними

Они заключаются в их предназначении, ёмкости, способе присоединения, а также в условиях работы. Первое различие заключается в том, что рабочий (первый) конденсатор служит для сдвига фаз. В результате между обмотками появляется вращающееся магнитное поле, необходимое для приведения в движение мотора, находящегося без механической нагрузки. Такой электродвигатель стоит, например, в точильном станке.

Пусковой (второй) обеспечивает повышение стартового момента мотора, находящегося под механической нагрузкой, благодаря чему он более легко выходит на нужный режим. Ресурсов одного рабочего может не хватить, из-за чего ротор двигателя просто не начнёт вращаться. Применение оправдано вместе со станками, подъёмными механизмами, насосами и подобными тяжёлыми приспособлениями. А также можно использовать с более мощным трехфазным мотором, если рабочего не хватает для его надёжного запуска.

Ёмкость обоих конденсаторов также будет отличаться. Она прямо пропорциональна мощности электродвигателя и обратно — напряжению сети. В зависимости от схемы соединения обмоток вводится поправочный коэффициент. Ёмкость пускового может быть в два раза больше, чем у рабочего.

Способы присоединения

Первый конденсатор в самом распространённом случае подключается в разрыв одной из обмоток асинхронного электродвигателя, которая также часто называется «вспомогательной». Другая присоединяется напрямую к электрической сети, а третья остаётся незадействованной. Тип этой схемы носит название «звезда». Есть также подключение в «треугольник». Оно различается и по способу соединения, и по сложности.

Второй ёмкостный элемент, в отличие от рабочего, присоединяется параллельно последнему через кнопку или центробежный выключатель. В первом случае управление осуществляется человеком, а во втором — самим приводом. Оба этих коммутатора кратковременно замыкают эту цепь на момент запуска электрического мотора, а после того, как он выйдет на рабочий режим — размыкают.

Условия работы

Они различаются для каждого из конденсаторов. Поскольку первый из них постоянно присоединён к обмотке мотора, эта цепь образует собой элементарный колебательный контур. Из-за этого в определённые моменты на её выводах образуется напряжение, превышающее входящее в два с половиной — три раза. Это обстоятельство стоит учитывать при подборе, необходимо ориентироваться на детали, рассчитанные на 500—600 вольт.

Пусковые конденсаторы для электродвигателей — 220 В работают в других, менее жёстких условиях, в отличие от рабочих. Прикладываемое к этому ёмкостному элементу напряжение превышает основное примерно в 1,15 раза. Он присоединяется к цепям время от времени, что также положительно сказывается на условиях его работы, и значительно продлевает срок службы.

Наиболее часто применяются отечественные бумажные или маслонаполненные конденсаторы марок МБГО или МБГЧ. Их преимущество — это стойкость к высоким напряжениям переменного тока. Но есть и недостаток — большой размер. В качестве альтернативного решения допускается использование оксидных конденсаторов. Они подключаются не напрямую, а через диоды, по определённым схемам.

Обычные электролитические конденсаторы, применяемые в различных приборах, и рассчитанные на немалые рабочие напряжения, подойдут для асинхронных двигателей только в роли пусковых. Связано это с тем, что через них проходит большая реактивная мощность ввиду малого сопротивления обмоток. Подключение ёмкостных элементов с нарушениями или отклонениями от схемы приведёт к повреждению или закипанию электролита, способному причинить вред мотору и персоналу.

Таким образом, можно вывести из этого несколько советов, как отличить пусковой конденсатор от рабочего:

  • Первый из них играет вспомогательную роль. Он подключается параллельно рабочему на время запуска мотора — в течение нескольких секунд, чтобы облегчить старт.
  • Второй из них присоединён постоянно, обеспечивая необходимый сдвиг фаз, в результате которого трехфазный двигатель может работать от однофазной сети.

Если перепутать конденсаторы, то возникнут серьёзные проблемы. Ёмкость рабочего также не должна быть слишком большой, иначе мотор будет греться, а рост мощности и крутящего момента от этого повысится незначительно.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector