Подключение пускового и рабочего конденсаторов для трехфазного электромотора
Вот оно соответствие всех нужных приборов элементам схемы
Теперь выполним подключение, внимательно разобравшись с проводами
Так можно подключить двигатель и предварительно, используя неточную прикидку, и окончательно, когда будут подобраны оптимальные значения.
Подбор можно сделать и экспериментально, имея несколько конденсаторов разных емкостей. Если их присоединять параллельно друг другу, то суммарная емкость будет увеличиваться, при этом нужно смотреть, как ведет себя двигатель. Как только он станет работать ровно и без перенагрузки, значит, емкость находится где-то в районе оптимума. После этого приобретается конденсатор, по емкости равный этой сумме емкостей испытываемых конденсаторов, включенных параллельно. Однако можно при таком подборе измерять фактический потребляемый ток, используя измерительные токовые клещи, а провести расчет емкости конденсатора по формулам.
Почему используются параллельные емкости?
Любой человек, в свое время не зевавший на уроках физики, должен помнить, что максимальное потребление энергии 3ех фазным двигателем наблюдается именно в момент его запуска, когда происходит рост частоты вращения от 0 до номинала. Чем больше мощность, тем это пиковое потребление электричества выше. Из чего следует логический вывод – емкости, которая будет поддерживать работу на 220В скорее всего не хватит для старта. Поэтому, для вывода мотора на режим ее по расчету нужно увеличить примерно вдвое относительно рабочей. После запуска, когда будут достигнуты оптимальные обороты (не менее 70% от номинальных), пусковые конденсаторы отключают, отпуская кнопку SA. Сделать это нужно обязательно, иначе большая суммарная емкость вызовет серьезный перекос фаз и перегрев обмоток.
Если же мощность мотора невелика или он не работает под серьезной нагрузкой, то скорее всего можно будет обойтись пуском через рабочий контур.
Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов
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
Для расчета использовались следующие зависимости:
Полученные из калькулятора данные можно использовать для подбора конденсаторов, но именно таких номиналов, как будет рассчитано, их вряд ли можно будет найти. Только в редких исключениях могут быть совпадения. Правила подбора такие:
- Если есть «точное попадание» в номинал емкости, который существует у нужной серии конденсаторов, то можно выбирать именно такой.
- Если нет «попадания», то выбирают емкость, стоящую ниже по ряду номиналов. Выше не рекомендуется, особенно для рабочих конденсаторов, так как это может привести к ненужному возрастанию рабочих токов и перегреву обмоток, которое может привести к межвитковому замыканию.
- По напряжению конденсаторы выбираются номиналом не менее, чем в 1,5 раза больше, чем напряжение в сети, так как в момент пуска напряжение на выводах конденсаторов всегда повышенное. Для однофазного напряжения в 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, но опытные электрики всегда советуют использовать 400 или 450 В, так как запас, как известно, «карман не тянет».
Приведем таблицу с номиналами конденсаторов рабочих и пусковых. В качестве примера приведены конденсаторы серий CBB60 и CBB65. Это полипропиленовые пленочные конденсаторы, которые наиболее часто применяют в схемах подключения асинхронных двигателей. Серия CBB65 отличается от CBB60, тем, что они помещены в металлический корпус.
В качестве пусковых применяют электролитические неполярные конденсаторы CD60. Их не рекомендуются применять в качестве рабочих так как продолжительное время их работы делает их жизнь менее продолжительной.. В принципе, для пуска подходят и CBB60, и CBB65, но они имеют при равных емкостях более объемные габариты, чем CD60. В таблице приведем примеры только тех конденсаторов, которые рекомендованы к использованию в схемах подключения электродвигателей.
Процесс пуска электропривода
Магнитное поле способствует пуску электродвигателя. Оно буквально заставляет ротор начать вращение.
Само магнитное поле возникает благодаря работе главной и дополнительной обмотки. Дополнительная, в свою очередь, меньше, что видно даже невооруженным глазом. Она подключена к рабочей с помощью конденсатора, катушки индуктивности или активного резистора.
В случае, когда двигатель маломощный, пусковая фаза является замкнутой. Для пуска такого электромотора подключение электричества к пусковой обмотке допустимо только на некоторое время. Максимум – три секунды. За это отвечает специальная кнопка, расположенная на корпусе агрегата. Она называется пусковой и вставлена в устройство пуска.
Тепловое реле защиты двигателя
При нажатии на кнопку запуска электричество начинает подаваться на обе катушки в одно и то же время. Электродвигатель при этом запускается в роли двухфазной машины. Но уже через 2-3 секунды мотор полностью набирает свою нормальную скорость. Кнопку теперь нужно отпустить. Электроэнергия больше не подается на вспомогательную обмотку, соответственно, она перестает работать. А вот рабочая продолжает питаться. Агрегат переходит в режим однофазной работы. Это – основной принцип работы всех однофазных электромашин.
ВАЖНО! Если передержать кнопку запуска однофазного электродвигателя, обмотка перегреется и мотор потеряет работоспособность. Пуская катушка рассчитана лишь на работу в течение трех секунд
Для избежания перегрева и опасных аварийных ситуаций, которые могут за ним последовать, в корпус однофазной машины обязательно устанавливают тепловое реле и центробежный выключатель. Последний работает полностью автоматизировано: когда нужная скорость вращения набрана, устройство само отключает подачу тока на пусковую обмотку.
Центробежный выключатель
Отметим также тот факт, что во тока пуска однофазной машины выше, чем рабочий. Когда стадия запуска завершается, снижается и величина тока (становится рабочей).
Схемы подключения для рабочего напряжения в 220 В
Из-за того, что существует два основных варианта подключения обмоток электродвигателей, схем подвода бытовой сети будет тоже две. Обозначения:
- «П» – выключатель, осуществляющий пуск;
- «Р» – специальный переключатель, предназначенный для реверса двигателя;
- «Сп» и Ср» – пусковой и рабочий конденсаторы соответственно.
При подключении к сети 220 В у трехфазных электродвигателей появляется возможность менять направление вращения на противоположное. Это можно осуществлять при помощи тумблера «Р».
Схема подвода бытовой сети.
«Сп» и «Ср» (рабочие и пусковые конденсаторы) можно рассчитать по специальной формуле: Ср=2800*I/U, где I – потребляемый ток, U – номинальное напряжение электродвигателя. После вычисления Ср можно подобрать и Сп. Емкость конденсаторов пусковых должна быть больше минимум в два раза, чем у Ср. Для удобства и упрощения выбора можно принять за основу следующие значения:
- М = 0,4 кВт Ср = 40 мкФ, Сп = 80 мкФ;
- М = 0,8 кВт Ср = 80 мкФ, Сп = 160 мкФ;
- М = 1,1 кВт Ср = 100 мкФ, Сп = 200 мкФ;
- М = 1,5 кВт Ср = 150 мкФ, Сп = 250 мкФ;
- М = 2,2 кВт Ср =230 мкФ, Сп = 300 мкФ.
Где М – номинальная мощность используемых электродвигателей, Ср и Сп – рабочие и пусковые конденсаторы.
Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю
Для ответа на вопрос, как подобрать конденсатор для асинхронных двигателей и чем конденсаторы отличаются друг от друга, соберем стенд из обычного трехфазного двигателя мощностью 250 Вт. В качестве нагрузки используем стандартный генератор от автомобиля ВАЗ. Подключим через автоматы три разных конденсатора. Включение/отключение автоматов даст возможность проверить возможности конденсаторов.
Подбираем конденсатор
Для эксперимента выберем три конденсатора емкостью 10, 20 и 50 микрофарад. Наша задача заключается в попытке запуска электродвигателя с каждого конденсатора по очереди.
Конденсатор на 10 мкФ
При подключении к сети 220 В и включения первого конденсатора емкостью 10 микрофарад электродвигатель включается только после толчка рукой. Автоматического запуска не происходит. Вывод: для электродвигателя мощностью 250 Вт емкости конденсатора в 10 микрофарад недостаточно.
Конденсатор на 20 мкФ
При попытке запустить электродвигатель от конденсатора емкостью 20 МкФ включение двигателя в работу происходит автоматически. Вывод: при емкости конденсатора 20 микрофарад электродвигатель запустился без проблем.
Конденсатор на 50 мкФ
При продолжении эксперимента с конденсатором емкостью 50 микрофарад электродвигатель запускается автоматически, однако работает с высоким уровнем шума и просто трясется. Вывод: емкость последнего испытанного конденсатора велика для установленного электродвигателя. Подбирая конденсатор для маломощного трехфазного электродвигателя, отдавайте предпочтение устройству с номинальной емкостью (как в нашем эксперименте), соответствующей мощности двигателя. Конденсатор малой емкости электродвигатель не запускает, слишком большой емкости – вызывает нагрев двигателя и большой шум в работе. Оптимально себя в эксперименте зарекомендовал конденсатор емкостью 20 МкФ, который сразу запустил двигатель и не вызвал его перегрева.
Заключение
Для запуска трехфазного электродвигателя в сети 220 В рабочий конденсатор подбирается исходя из мощности двигателя. При возрастании мощности на каждые 100 Вт емкость должна возрастать на 7-10 микрофарад. Например, для двигателя мощностью 0,5 КВт можно подобрать конденсатор емкостью в пределах 35-50 МкФ. Также нужно учитывать такой параметр, как номинальное напряжение устройства (то есть то напряжение, которое способен выдержать конденсатор). В работе рекомендуется применять конденсаторы с параметрами, на 100% превышающими реальное напряжение, прилагаемое к устройству. Для данного примера это 450 В.
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.
Схемы движков с пусковым и рабочим конденсаторами
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.
Калькулятор емкости последовательного соединения конденсаторов
Калькулятор позволяет рассчитать емкость нескольких конденсаторов, соединенных последовательно.
Пример.
Рассчитать эквивалентную емкость двух соединенных последовательно конденсаторов 10 мкФ и 5 мкФ.
Введите значения емкости в поля C1 и C 2, добавьте при необходимости новые поля, выберите единицы емкости (одинаковые для всех полей ввода) в фарадах (Ф), миллифарадах (мФ), микрофарадах (мкФ), пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) и нажмите на кнопку Рассчитать
1 мФ = 0,001 Ф. 1 мкФ = 0,000001 = 10⁻⁶ Ф. 1 нФ = 0,000000001 = 10⁻⁹ Ф. 1 пФ = 0,000000000001 = 10⁻¹² Ф.
В соответствии со вторым правилом Кирхгофа, падения напряжения V₁
,V₂ andV₃ на каждом из конденсаторов в группе из трех соединенных последовательно конденсаторов в общем случае различные и общая разность потенциаловV равна их сумме:
Схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети
Когда трехфазный электродвигатель планируется включать в однофазную сеть, рекомендуется отдавать предпочтение соединению треугольником. Об этом предупреждает информационная табличка, закрепленная на корпусе. В некоторых случаях здесь стоит обозначение «Y», что означает соединение звездой. Рекомендуется переподключить обмотки по схеме треугольника, чтобы избежать больших потерь мощности.
Электродвигатель включается в одну из фаз однофазной сети, а две другие фазы создаются искусственным путем. Для этого используется рабочий (Ср) и пусковой конденсатор (Сп). В самом начале запуска двигателя необходим высокий уровень стартового тока, который не может быть обеспечен одним лишь рабочим конденсатором. На помощь приходит стартовый или пусковой конденсатор, подключаемый параллельно с рабочим конденсатором. При незначительной мощности двигателя их показатели равны между собой. Специально выпускаемые стартовые конденсаторы имеют маркировку «Starting».
Эти устройства работают только в периоды пуска, для того чтобы разогнать двигатель до нужной мощности. В дальнейшем он выключается с помощью кнопочного или двойного выключателя.
Замена конденсатора без выпаивания с платы
Условия ремонта бывают разные и менять конденсатор на многослойной (мат. плата ПК, например) печатной плате — это не то же самое что поменять конденсатор в блоке питания (однослойная односторонняя печатная плата). Надо быть предельно аккуратным и осторожным. К сожалению, не все родились с паяльником в руках, а отремонтировать (или попытаться отремонтировать) что-то бывает очень нужно.
Как я уже писал в первой половине статьи, чаще всего причиной поломок являются конденсаторы. Поэтому замена конденсаторов наиболее частый вид ремонта, по крайней мере в моём случае. В специализированных мастерских есть для этих целей специальное оборудование. Если оного нет, приходится пользоваться оборудованием обычным (флюс, припой и паяльник). В этом случае очень помогает опыт.
А если опыта нет, то попытка ремонта вполне может закончится плачевно. Как раз для таких случаев спешу поделиться способом замены конденсаторов без выпаивания из печатной платы. Способ внешне довольно не аккуратный и в некоторой степени более опасный, чем предыдущий, но для личного пользования сгодится.
Главным преимуществом данного метода является то, что контактные площадки платы придётся в значительно меньшей степени подвергать нагреву. Как минимум в два раза. Печать на дешёвых мат.платах достаточно часто отслаивается от нагрева. Дорожки отрываются, а исправить такое потом достаточно проблематично.
Минус данного способа в том, что на плату всё-таки придётся надавить, что тоже может привести к негативным последствиям. Хотя из моей личной практики давить сильно ни разу не приходилось. При этом есть все шансы припаяться к ножкам, оставшимся после механического удаления конденсатора.
Итак, замена конденсатора начинается с удаления испорченной детали с мат.платы.
На конденсатор нужно поставить палец и с лёгким нажатием попробовать покачать его вверх-вниз и влево-вправо. Если конденсатор качается влево-вправо, значит ножки расположены по вертикальной оси (как на фото), в обратном случае по горизонтальной. Также можно определить положение ножек по минусовому маркеру (полоса на корпусе конденсатора, обозначающая минусовой контакт).
Как рассчитать емкость рабочего конденсатора
Для двух соединений обмоток берутся несколько разные соотношения.
В формуле введен коэффициент соединения Кс, который для треугольника равен 4800, а для звезды — 2800.
Где значения Р (мощность), U (напряжение 220 В), η (КПД двигателя, в процентном значении деленном на 100) и cosϕ (коэффициент мощности) берутся с шильдика двигателя.
Вычислить значение можно с помощью обычного калькулятора или воспользовавшись чем-то вроде подобной вычислительной таблицы. В ней нужно подставить значения параметров двигателя (желтые поля), результат получается в зеленых полях в микрофарадах
Однако не всегда есть уверенность, что параметры работы двигателя соответствуют тому, что написано на шильдике. В этом случае нужно измерить реальный ток измерительными клещами и воспользоваться формулой Cр = Кс*I/U.
При подключении асинхронного трехфазного электродвигателя на 380 В в однофазную сеть на 220 В необходимо рассчитать емкость фазосдвигающего конденсатора, точнее двух конденсаторов – рабочего и пускового конденсатора. Онлайн калькулятор для расчета емкости конденсатора для трехфазного двигателя в конце статьи.
Основные параметры
Основными параметрами конденсаторов являются:
- номинальная емкость (Сном), которая обычно указывается на корпусе конденсатора,
- температурный коэффициент емкости (ТКЕ)
- номинальное напряжение (Uном).
Номинальное напряжение — это максимальное допустимое постоянное напряжение, при котором конденсатор способен работать длительное время, сохраняя параметры неизменными при всех установленных для него температурах. На конденсаторах, в основном, указано номинальное рабочее напряжение при постоянном токе.
При работе конденсатора в схемах переменного тока его номинальное напряжение, указанное на корпусе, должно в 1,5…2 раза превышать предельно допустимое действующее переменное напряжение цепи.
На корпусе конденсатора обычно указывают его тип, напряжение, номинальную емкость, допустимое отклонение емкости, ТКЕ и дату изготовления.
Как подобрать конденсаторы для запуска электродвигателя
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.
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:
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.
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.
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.
Источник
Как подобрать конденсатор
Конденсаторы для трехфазного двигателя нужны достаточно большой емкости — речь идет о десятках и сотнях микрофарад. Однако конденсаторы электролитические для этой цели не годятся. Они требуют подключения однополярного, то есть специально для них придется городить выпрямитель из диодов и сопротивлений. Кроме того, со временем в электролитических конденсаторах высыхает электролит и они теряют емкость. Поэтому если будете ставить такой на двигатель, необходимо делать на это скидку, а не верить тому, что на них написано. Ну и еще одно за ними числится: электролитические конденсаторы имеют свойство иногда взрываться.
Поэтому задачу, как выбрать конденсатор под трехфазный двигатель, часто решают в несколько этапов
Сначала подбираем приблизительно. Надо рассчитать емкость конденсатора по простейшему соотношению как 7 мкФ на каждые 100 ватт мощности. То есть 700 ватт дает нам 49 мкФ первоначально. Емкость выбираемого пускового конденсатора берется в диапазоне 1–3-кратного превышения емкости рабочего конденсатора. Выберите 2*50 = 100 мкФ — будет само то. Ну, для начала можно взять побольше, потом подобрать конденсаторы, ориентируясь на работу двигателя. От емкости конденсаторов зависит реальная мощность движка. Если ее мало, двигатель при тех же оборотах потеряет мощность (обороты не зависят от мощности, а только от частоты напряжения), так как ему будет не хватать тока. При чрезмерной емкости конденсаторов у него будет перегрев от избытка тока.
