Расчет пускового конденсатора для трехфазного двигателя

Расчет пускового конденсатора для трехфазного 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).

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».

Как правильно подобрать и рассчитать емкость конденсатора на трехфазный двигатель

Подключение силового оборудования в однофазную сеть (220В) чаще всего производят емкостным методом. При этом нужно знать, как подобрать конденсаторы на трехфазный двигатель, от которого осуществляется привод. Из них собирается пусковая цепь, создающая необходимый момент и перекос фаз. В этой статье мы постараемся вкратце рассмотреть вопросы расчета и подбора емкости, а также возможные схемы подключения асинхронного электромотора.

Что такое трехфазный двигатель?

Большинство силовых агрегатов, преобразующих электрическую энергию с тепловую, представляют собой асинхронные машины. Если разобрать любой такой двигатель, то станет понятно, что он имеет два ключевых компонента, на взаимодействии которых строится вся его работа.

Статор

Это неподвижная часть мотора, имеющая кольцевидную форму – полый цилиндр. Сразу следует уточнить, что он не является цельным, грубо говоря изготовленным через точение круглой стальной болванки. Статор набирается из кольцевых пластин (магнитопровода), что позволяет избежать образования так называемых поверхностных токов Фуко, которые могут сильно разогревать металл. На внутреннем диаметре имеются продольные пазы, в которые укладывается обмотка из проволоки. Большинство стандартных двигателей являются трехфазными, то есть имеют три обмотки статора (по одной на каждую фазу). Геометрически каждая обмотка/фаза является смещенной относительно других на 120°. Такой расчет позволяет при подаче на фазные клеммы напряжения 380В возбудить в обмотках вращающееся магнитное поле.

Ротор

Это подвижная (вращающаяся) часть, конструктивно объединенная с приводным валом. Он также имеет наборный пластинчатый сердечник (магнитопровод), но в отличии от статора, пазы для обмоток располагаются на внешнем диаметре. Более того, называть их обмотками можно только с функциональной точки зрения, поскольку реально они представляют собой медные прутки определенного диаметра, а не пучки (катушки) проволоки.

С обоих сторон прутки соединяются на кольцевые ограничивающие пластины, образуя некоторое подобие беличьей клетки. Такая компоновка наиболее распространена и называется «коротко замкнутый ротор». При подаче напряжения здесь также магнитное поле, но оно имеет несколько меньшую частоту вращения (асинхронную), нежели у статора. Эта разница называется скольжением и составляет порядка 2…10%. Благодаря ей, между полями наводится ЭДС (электродвижущая сила), которая и заставляет вал вращаться с рабочей частотой.

Как подключить 3ех фазный двигатель в однофазную сеть?

Запуск двигателя с тремя рабочими обмотками возможет потому, что он по умолчанию имеет сдвинутые на 120° фазы. Если подать напряжение всего на одну фазу, то не произойдет ровным счетом ничего по аналогии с однофазным двигателем на 220В, где в таком случае возникают эквивалентные разнонаправленные магнитные поля. Формально для этого нужно включить в работу хотя бы еще одну фазу, чтобы создать сдвиг и набрать необходимый момент. Подключение в сеть с напряжением 220В чаще всего производят через дополнительный контур – цепь из рабочих и пусковых конденсаторов.

Общая пусковая схема при подключении звездой (слева) и треугольником (справа) будет иметь следующий вид:

Как можно видеть, и в первом, и во втором случае две из трех обмоток подключаются напрямую к однофазной сети на 220В. Третья фаза закольцовывается на одну из двух предыдущих посредством промежуточной цепи конденсаторов: Сраб – основной/рабочий и Сп–для запуска. Второй подключен параллельно через ключ SA. Последний имеет нормально разомкнутые контакты, а крайнее положение кнопки не фиксируется – для того, чтобы через пусковой конденсатор пошел ток, ее нужно удерживать нажатой.

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.

Как рассчитать емкость и подобрать конденсатор

Очевидно то, что вопрос выбора емкостей для запуска и работы трехфазного двигателя в однофазной сети, зависит от его мощности, номинального (фазного) тока и напряжения. Расчет обычно ведется через следующие формулы:

В данном уравнении присутствуют две величины:

• U – напряжение в однофазной сети (220В),
• IН– номинальный или фазный ток, А.

Обе схемы подключений дают разные значения линейных и фазных характеристик, что видно на следующих иллюстрациях:

Вычислить необходимый ток между обмотками можно с помощью клещей либо используя формулы. Если же и тот, и другой вариант видятся сложными, то можно провести расчет и подобрать конденсатор через эмпирическую зависимость: 7 мкФ на 100 Вт мощности.

Что касается пусковых конденсаторов, то их подбор ведется с расчетом, что емкость должна быть выше, нежели у рабочих, чтобы покрыть пиковое потребление при запуске. Разные источники указывают на разные значения пропорционального коэффициента: от 1,5 до 3. На практике же чаще всего используют рекомендацию по двукратному увеличению.

Далее можно подобрать конденсаторы и приступить к компоновке. Для организации запуска двигателя используются бумажные (МБГП, КБП, МБГО), электролитические или металлизированные полипропиленовые (СВВ) модели. Первые, как правило, массовые и дешевые, но имеют сравнительно большие габариты при малой емкости, что вынуждает набирать целые батареи. Электролитические модели требуют использования в схеме управления диодных элементов и сопротивления, повреждение или выход из строя которых приведет к разрушению конденсатора. СВВ модели более современные, а посему в них нет практически тех недостатков, которые присутствуют в аналогах. По форме емкостные блоки могут выпускаться либо квадратными, либо круглыми (бочонками).

Также следует подобрать рабочее напряжение конденсатора, которое по расчету должно быть примерно в 1,15 раза выше чем в однофазной сети на 220В. Меньшие значения негативно сказываются на долговечности блоков, а большие – на габаритах сборки.

Подбор конденсатора для трехфазного двигателя

Наши сети электропитания созданы трехфазными. Потому что генераторы, работающие на электростанциях, имеют трехфазные обмотки и вырабатывают три синусоидальных напряжения, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 120°.

Но мы чаще всего пользуемся всего одной фазой — проводим себе один фазный провод из трех и все к нему подключаем. Только в технике нашей часто встречаются электродвигатели, и они по природе своей трехфазны. Ну а фаза от фазы чем отличается? Только сдвигом во времени. Сдвига такого очень просто добиться, включив в цепь питания реактивные элементы: емкости или индуктивности.

Но ведь обмотка на статоре сама и является индуктивностью. Поэтому остается добавить к двигателю снаружи только емкость, конденсатор, а обмотки подключить так, чтобы одна из них в другой сдвигала фазу в одну сторону, а конденсатор в третьей делал то же самое, только в другую. И получатся те же самые три фазы, только «вынутые» из одной фазы питающих проводов.

Последнее обстоятельство означает, что мы нагружаем трехфазным двигателем только одну из фаз приходящего питания. Разумеется, это вносит дисбаланс в потребление энергии. Поэтому все-таки лучше, когда трехфазный двигатель питается трехфазным напряжением, а построить цепь его питания от одной приходящей фазы хорошо, только если мощность двигателя не особо велика.

Включение трехфазного электродвигателя в однофазную сеть питания

Обмотки электродвигателя соединяют двумя способами: звезда (Y) или треугольник (Δ).

При подключении трехфазного двигателя к однофазной сети предпочтительнее соединение типа треугольник. На шильдике двигателя об этом есть информация, и когда там обозначено Y — звезда, самым лучшим вариантом было бы открыть его кожух, найти концы обмоток и правильно переключить обмотки в треугольник. Иначе потери мощности будут слишком большими.

Включение двигателя на одну фазу питающей сети требует создания из нее и двух остальных. Это можно сделать по следующей схеме

При запуске двигателя в работу в самом начале требуется высокий стартовый ток, поэтому емкости рабочего конденсатора обычно не хватает. Чтобы «ему помочь», используют специальный стартовый конденсатор, который подключается к рабочему конденсатору параллельно. В самом простом случае (невысокая мощность двигателя) его выбирают точно таким же, как и рабочий. Но для этой цели выпускаются и специально стартовые конденсаторы, на которых так и написано: starting.

Стартовый конденсатор должен быть включен в работу только во время пуска и разгона двигателя до рабочей мощности. После этого его отключают. Используется кнопочный выключатель. Или двойной: одной клавишей включается сам двигатель и кнопка фиксируется во включенном положении, кнопка же, замыкающая цепь рабочего конденсатора, каждый раз размыкается.

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.

Нормальная работа двигателя, без шума и рывков — это неплохой критерий правильно выбранного конденсатора. Но для большей точности можно сделать расчет конденсаторов по формулам, а такую проверку оставить на потом в качестве окончательного подтверждения успешности результатов подбора конденсаторов.

Однако надо все-таки подключить конденсаторы.

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.

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.

Сайт для электриков

Для включения трехфазного электродвигателя (что такое электродвигатель ➠) в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник.

Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор 1 и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.

Пусковая емкость конденсаторов

После пуска двигателя конденсатор 2 отключают.

Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:

где Ср — рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
Iном — номинальный ток фазы двигателя, А;
U — напряжение сети, В.

Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается.

При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ÷ 3) Ср.

Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям:

где Uк и U — напряжения на конденсаторе и в сети.

Основные технические данные некоторых конденсаторов приведены в таблице.

Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15—20%.

В том случае, если конденсаторы отсутствуют, можно использовать резисторы, которые включаются по тем же схемам, что и при конденсаторном пуске. Резисторы включаются вместо пусковых конденсаторов (рабочие конденсаторы отсутствуют).

Сопротивление (Ом) резистора может быть определено по формуле

,

где R — сопротивление резистора;
κ и I— кратность пускового тока и линейный ток в трехфазном режиме.

Пример расчета рабочей емкости конденсатора для двигателя

Определить рабочую емкость для двигателя АО 31/2, 0.6 кВт, 127/220 В, 4.2/2.4 А, если двигатель включен по схеме, изображенной на рис. а, а напряжение сети равно 220 В. Пуск двигателя без нагрузки.

1. Рабочая емкость Ср = 2800 x 2.4 / 220 ≈ 30 мкФ.

2. Напряжение на конденсаторе при выбранной схеме Uк = 1,15 x U = 1,15 x 220 = 253 В.

По таблице выбираем три конденсатора МБГО-2 по 10 мкФ каждый с рабочим напряжением 300 В. Конденсаторы включать параллельно.

Источник: В.И. Дьяков. Типовые расчеты по электрооборудованию.

Видео о том, как подключить электродвигатель на 220 вольт:

Подобные расчеты

Выбор и расчёт пускового конденсатора для трехфазных машин

Бывает необходимость использовать трёхфазный двигатель в бытовой однофазной сети, при этом сразу возникают вопросы:

• какие двигатели можно использовать для этих целей;
• какую выбрать схему подключения;
• какие элементы могут понадобиться;
• нужно ли производить расчёт пускового конденсатора.

Об этих и некоторых других вопросах мы поговорим в данной статье.

Асинхронные электродвигатели

В современной промышленности и в быту наибольшее распространение получили электродвигатели переменного тока. Это обусловлено рядом преимуществ:

• простота конструкции;
• надёжность;
• долговечность;
• высокая эффективность;
• хорошие массогабаритные показатели.

Всё это привело к тому, что это не только самые распространённые, но и наиболее доступные электродвигатели с точки зрения цены и возможности их приобретения для обычных людей.

Прежде чем перейти непосредственно к теме пусковых конденсаторов, необходимо понять принципы работы этих машин. Есть три основных типа.

1. Асинхронные с короткозамкнутым ротором.
2. Асинхронные с фазным ротором.
3. Синхронные.

Скорее всего, вы столкнётесь с необходимостью подключения первого типа двигателей, поэтому о них мы и будем говорить в дальнейшем.

Конструктивно электродвигатель состоит из неподвижного элемента — статора и вращающегося — ротора. На статоре намотана обмотка из медных проводов, концы и начала которых выведены в клеммную коробку. Обмотка ротора представляет собой алюминиевые стержни, залитые в специальные пазы в металлическом сердечнике ротора и замкнутые по краям кольцами из того же материала (поэтому данные машины и называются короткозамкнутыми). Вращение ротора возникает в результате взаимного воздействия магнитных полей статора и ротора друг на друга. В подавляющем большинстве случаев эти машины трёхфазные.

Принцип работы электродвигателя

При подключении электродвигателя к трёхфазной сети в статоре будет наводиться вращающееся магнитное поле, ротор начинает вращаться. Если же такой двигатель подключить к бытовой однофазной сети, магнитное поле машины будет пульсирующим и двигатель вращаться не будет.

Объяснить это состояние двигателя можно так. Представьте циферблат, где двенадцать часов, это точка, с которой двигатель начинает вращаться. Пульсирующее магнитное поле толкает ротор с одинаковой силой то вправо, то влево. Происходит это с большой частотой, и из-за инерционности ротора он не успевает разогнаться ни влево, ни вправо, при этом двигатель соответствующим образом гудит. Это опасное состояние, при котором он быстро перегревается и без использования защитных средств выйдет из строя. Если в этот момент рукой провернуть вал ротора в любую сторону, то двигатель начнёт вращаться.

Запускать электродвигатель таким способом неудобно, не всегда возможно и небезопасно. Поэтому при подключении трёхфазных двигателей к однофазной сети используют пусковой конденсатор, он позволяет сместить магнитное поле одной из обмоток и тем самым создать пусковой момент, под действием которого ротор начнёт вращаться.

Подключение трёхфазного электродвигателя к однофазной сети

Прежде чем производить расчёт ёмкости, необходимо убедиться, что двигатель может быть использован для сети 220 Вольт. Для начала смотрим на шильдик (металлическая пластинка с характеристиками) электродвигателя. Если там указано, что возможна работа при напряжении 380/220 Вольт или 220/127 Вольт, то такой двигатель нам подходит. Имейте в виду, что большее напряжение применяется при подключении электродвигателя звездой, а меньшее — при подключении треугольником.

На статоре намотано три одинаковых обмотки, при подключении звездой начала всех обмоток соединены в одну точку, а к концам подключается питающее напряжение. При подключении треугольником конец первой обмотки подключается к началу второй, конец второй — к началу третьей, конец третьей — к началу первой, а питающее напряжение подключается к точкам соединения двух обмоток.

Теперь вскрываем клеммную коробку и смотрим, как соединены обмотки. Начала и концы обмоток имеют следующее обозначение (в скобках указана новая маркировка):

• первая С1 (U1) — C4 (U2);
• вторая C2 (V1) — C5 (V2);
• третья C3 (W1) — C6 (W2).

Определить тип подключения можно при помощи подсказки, расположенной на внутренней стороне клеммной коробки.

При любой схеме подключения от двигателя будет идти три провода. В случае с однофазной цепью к двум из них подводится питающее напряжение, а третий провод соединяется с сетью через ёмкость, это и есть конденсатор для запуска двигателя и его работы. Для нормальной работы необходимо, чтобы этот конденсатор был подключён постоянно, и поэтому он называется рабочим. Конденсатор, который подключается для создания высокого пускового момента, называется пусковым.

Рабочий конденсатор

Подбор ёмкости для трехфазного электродвигателя — не такая простая задача, как может показаться. Для устойчивой работы в однофазной сети смещение магнитного поля в третьей обмотке должно присутствовать постоянно, для этого и рабочий конденсатор подключён к сети всё время работы двигателя. Поэтому конденсатор для пуска электродвигателя должен быть пригодным для длительной работы в сетях переменного тока.

В первую очередь, это специально изготовленные для этих целей конденсаторы с соответствующим рабочим напряжением. На корпусе таких элементов, кроме номинальной ёмкости, изображён значок переменного напряжения и указана его величина. В нашей сети напряжение 220 Вольт, значит, номинальное напряжение конденсатора должно быть больше или равно этой величине.

В советское время были широко распространены металлизированные бумажные герметизированные конденсаторы типа МБГО и аналогичные им. Благодаря тому, что они обладают хорошими показателями ёмкости и рабочего напряжения, а также из-за их надёжности они до сих пор широко используются домашними мастерами, в том числе и в качестве рабочих конденсаторов при переделке двигателей. На корпусе таких конденсаторов указано постоянное рабочее напряжение, поэтому нужно, чтобы оно превышало напряжение сети не менее чем в полтора раза. Для наших целей подойдут те, у которых рабочее напряжение выше 400 Вольт.

Расчёт конденсатора для трёхфазного двигателя

Для точного определения величины ёмкости конденсатора нужно провести несложный расчёт. При желании в сети можно найти онлайн-калькулятор, предназначенный для этих целей, или таблицы, в которых указаны различные мощности двигателей и соответствующие им величины ёмкости конденсаторов. Если есть необходимость произвести расчёт самостоятельно, то формулы имеют следующий вид:

Ср = (2800 · I) / Uc

Ср = (4800 · I) / Uc

Где:

• Ср — величина ёмкости, мкФ;
• 2800 коэффициент для схем с подключением звездой;
• 4800 коэффициент для схем с подключением треугольником;
• I — ток в схеме, А;
• Uc — напряжение сети, В.

Ток можно рассчитать по формуле:

I = P / (1,73 · Uc · cosφ · η)

Где:

• Р — мощность, Вт;
• cosφ — коэффициент мощности;
• η – КПД.

Все необходимые для расчёта данные можно найти на шильдике машины. При их отсутствии запомните, что для этого типа машин коэффициент мощности составляет примерно 0.9, а КПД около 0.75.

Для примера, произведём расчёт ёмкости конденсатора для двигателя мощностью 2 кВт при его включении треугольником к сети переменного тока напряжением 220 В. Рассчитаем ток в схеме (мощность из киловатт переводим в ватты):

I = P / (1,73 · Uc · cosφ · η) = 2000 / (1,73 · 220 · 0,9 · 0,75) = 7,78 А

Ср = (4800 · I) / Uc = (4800 · 7,78) / 220 = 169,7 мкФ

В результате получили, что необходима ёмкость в 170 микрофарад. В продаже вы не найдёте конденсатор такой ёмкости для напряжения 220 В, но его можно собрать из нескольких, руководствуясь следующими формулами расчёта суммарной ёмкости:

• при параллельном соединении С = С1 + С2;
• при последовательном соединении С = (С1 · С2) / (С1 + С2).

Величина ёмкости собранной батареи может несколько отличаться от расчётной, но следует помнить, что увеличение ёмкости приведёт к росту тока в обмотках двигателя и, как результат, к его повышенному нагреву, поэтому лучше подобрать ёмкость батареи меньше расчётной.

Величина ёмкости зависит и от нагрузки на валу. Так как учесть эту величину при расчёте затруднительно, а ещё из-за того, что номинальные ёмкости конденсаторов могут отличаться от указанных на них, крайне желательно после запуска и выхода электродвигателя на рабочие обороты проверить токи в обмотках, и если они выше номинальных, то необходимо уменьшить суммарную ёмкость батареи.

Выбор пускового конденсатора для электродвигателя

Для устойчивого пуска и работы двигателей сравнительно небольшой мощности достаточно рабочего конденсатора, но для мощных машин необходимо применение пускового конденсатора. В схему он включается параллельно рабочему через выключатель. В отличие от рабочего, на пусковой напряжение подаётся только в момент пуска, и после разгона электродвигателя он отключается. Его величина выбирается из расчёта две или три величины ёмкости рабочего конденсатора.

Конденсаторы для запуска электродвигателя подключаются всего на несколько секунд, поэтому для бытовых нужд в качестве пусковых можно применять электролитические (полярные) конденсаторы. Их плюс в том, что они обладают значительно большей ёмкостью, чем неполярные, при тех же размерах и значительно дешевле. Много таких конденсаторов в старых ламповых телевизорах, так что найти их не составит особого труда. Требования по напряжению такие же, как и к рабочим конденсаторам.

Однофазные двигатели переменного тока

Большая потребность в двигателях переменного тока для бытовых нужд привела к появлению однофазных машин. Отличие их от ранее рассмотренных в том, что на их статоре расположено не три, а две обмотки: пусковая и рабочая. Как и для трёхфазных машин, для их работы в пусковой обмотке необходим фазосдвигающий элемент, поэтому схема подключения однофазного двигателя содержит конденсатор.

В завершение хотелось бы отметить, что при конденсаторной схеме включения трёхфазных двигателей в бытовую сеть их характеристики становятся значительно хуже.

1. Мощность уменьшается примерно на 30%, что в некоторых случаях делает невозможным эксплуатацию электрооборудования. Решить эту проблему можно заменой электродвигателя на более мощный.
2. Небольшой пусковой момент. Это ещё один значительный недостаток такой схемы подключения, поэтому запускать такие двигатели желательно без нагрузки.
3. Низкий КПД и коэффициент мощности.

Что касается частоты вращения, то она остаётся неизменной и соответствует номинальной.

При монтаже и наладке схемы необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Не забывайте, что в схеме присутствуют конденсаторы, поэтому после отключения питания необходимо дать им время для разрядки, прежде чем касаться токопроводящих частей схемы.

Как подобрать конденсатор для запуска электродвигателя?

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:

1. «Звезда» – при этом концы всех обмоток подключаются в одной точке. А начала обмоток соединяются с питающей сетью.
2. «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:

1. При подключении по схеме «звезда» С (раб) = (2800 * I1) / U (сети).
2. 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:

1. При параллельном емкости складываются, напряжение рабочее остается таким, как указано на элементе.
2. 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:

1. Мощность — 0,4 кВт.
2. Напряжение питания — 220 В.
3. Ток при работе от трехфазной сети составляет 1,9 А.
4. 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.

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Схема подключения двигателя через конденсатор

Есть 2 типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Их различие в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это нужно потому, что после разгона она снижает КПД.

В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная, они смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Схема подключения однофазного двигателя через конденсатор

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть несколько вариантов схем подключения. Без конденсаторов электромотор гудит, но не запускается.

• 1 схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже.
• 3 схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском, а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.
• 2 схема — подключения однофазного двигателя — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и используется чаще всего. Она на втором рисунке. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Схема подключения трёхфазного двигателя через конденсатор

Здесь напряжение 220 вольт распределяется на 2 последовательно соединенные обмотки, где каждая рассчитана на такое напряжение. Поэтому теряется мощность почти в два раза, но использовать такой двигатель можно во многих маломощных устройствах.

Максимальной мощности двигателя на 380 В в сети 220 В можно достичь используя соединение типа треугольник. Кроме минимальных потерь по мощности, неизменным остается и число оборотов двигателя. Здесь каждая обмотка используется на свое рабочее напряжение, отсюда и мощность.

Важно помнить: трехфазные электродвигатели обладают более высокой эффективностью, чем однофазные на 220 В. Поэтому если есть ввод на 380 В — обязательно подключайте к нему — это обеспечит более стабильную и экономичную работу устройств. Для пуска мотора не понадобятся различные пусковики и обмотки, потому что вращающееся магнитное поле возникает в статоре сразу после подключения к сети 380 В.

Онлайн расчет емкости конденсатора мотора

Введите данные для расчёта конденсаторов — мощность двигателя и его КПД

Есть специальная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись онлайн калькулятором или рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

Рабочий конденсатор берут из расчета 0,8 мкФ на 0,1 кВт мощности двигателя;
Пусковой подбирается в 2-3 раза больше.

Конденсаторы должны быть неполярными, то есть не электролитическими. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть минимум в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 В берем емкости с рабочим напряжением 350 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, в пусковую цепь ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting.

Пусковые конденсаторы для моторов

Эти конденсаторы можно подбирать методом от меньшего к большему. Так подобрав среднюю емкость, можно постепенно добавлять и следить за режимом работы двигателя, чтобы он не перегревался и имел достаточно мощности на валу. Также и пусковой конденсатор подбирают добавляя, пока он не будет запускаться плавно без задержек.

При нормальной работе трехфазных асинхронных электродвигателей с конденсаторным пуском, включенных в однофазную сеть предполагается изменение (уменьшение) емкости конденсатора с увеличением частоты вращения вала. В момент пуска асинхронных двигателей (особенно, с нагрузкой на валу) в сети 220 В требуется повышенная емкость фазосдвигающего конденсатора.

Реверс направления движения двигателя

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Такую операцию может делать двухпозиционный переключатель, на центральный контакт которого подключается вывод от конденсатора, а на два крайних вывода от «фазы» и «нуля».