Як підібрати пусковий конденсатор. Трифазні двигуни в однофазній мережі: схеми включення та вибір конденсаторів
Багато власників досить часто виявляються в ситуації, коли потрібно підключити в гаражі або на дачі такий пристрій, як трифазний асинхронний двигун до різного обладнання, як може виступати наждачний або свердлильний верстат. При цьому виникає проблема, оскільки джерело розраховане на однофазну напругу. Що тут робити? Насправді цю проблему вирішити досить легко шляхом підключення агрегату за схемами, які використовуються для конденсаторних. Щоб реалізувати цей задум, знадобляться робочий і пусковий пристрій, що часто називаються як фазозсувні.
Вибір ємності
Для забезпечення правильної роботи електродвигуна необхідно розрахувати певні параметри.
Для робочого конденсатора
Щоб підібрати ефективну ємність пристрою, необхідно виконати розрахунки за такою формулою:
- I1 – номінальний показник струму статора, вимірювання якого застосовують спеціальні кліщі;
- U-мережі – напруга мережі з однією фазою, (В).
Після виконання розрахунків вийде ємність робочого конденсатора мкФ.
Можливо, для когось буде важко розрахувати цей параметр за наведеною вище формулою. Однак у цьому випадку можна скористатися й іншою схемою розрахунку ємності, де не потрібно проводити такі складні операції. Цей метод дозволяє досить просто визначити необхідний параметр на підставі потужності асинхронного двигуна.
Тут досить пам'ятати про те, що 100 Ватт потужності трифазного агрегату має відповідати близько 7 мкФ ємності робочого конденсатора.
При розрахунках слід стежити струмом, який надходить на фазну обмотку статора у вибраному режимі. Неприпустимим вважається, якщо струм має більше значення, ніж номінальний показник.
Для пускового конденсатора
Бувають ситуації, коли електродвигун доводиться вмикати в умовах великого навантаження на валу. Тоді одного робочого конденсатора буде недостатньо, тому до нього доведеться додати пусковий конденсатор. Особливістю його роботи є те, що він працюватиме лише в період пуску апарата не більше 3 секунд, чого використовується ключ SA. Коли ротор вийде на рівень номінальної частоти обертання, прилад відключається.
Якщо за недоглядом власник залишив увімкненими пускові пристрої, це призведе до утворення суттєвого перекосу по струмах у фазах. У таких ситуаціях висока ймовірність перегріву двигуна. При визначенні ємності слід виходити з того, що величина цього параметра повинна в 25-3 рази перевищувати ємність робочого конденсатора. Діючи подібним чином, можна досягти того, що пусковий момент двигуна досягає номінального показника, внаслідок чого під час його запуску не виникає ускладнень.
Для створення необхідної ємності конденсатори можуть підключатися за паралельною та послідовною схемою. Слід мати на увазі експлуатація трифазних агрегатів потужністю не більше 1 кВт допускається в тому випадку, якщо їхнє підключення здійснюється до однофазної мережі за наявності справного пристрою. Причому тут можна обійтися без пускового конденсатора.
Тип
Після розрахунків потрібно визначити, який тип конденсатора можна використовувати для обраної схеми.
Найкращий варіант, коли застосовується аналогічний тип обох конденсаторів. Зазвичай роботу трифазного двигуна забезпечують паперові пускові конденсатори, одягнені в герметичний сталевий корпус типу МПГО, МБГП, КБП або МБГО.
Більшість цих пристроїв виконано у вигляді прямокутника. Якщо поглянути на корпус, то там наведено їх характеристики:
- Місткість (мкФ);
- Робоча напруга (В).
Застосування електролітичних пристроїв
Використовуючи паперові пускові конденсатори, слід пам'ятати про наступний негативний момент: вони мають досить великі розміри, забезпечуючи при цьому невелику ємність. Тому для ефективної роботи трифазного двигуна невеликої потужності доводиться використовувати досить велику кількість конденсаторів. За бажання паперові можна замінити і на електролітичні. У цьому випадку їх необхідно підключати дещо іншим способом, де обов'язково повинні бути додаткові елементи, представлені діодами та резисторами.
Проте фахівці не радять використовувати електролітичні пускові конденсатори. Це пов'язано з наявністю у них серйозного недоліку, який проявляється в наступному: якщо діод не впорається зі своїм завданням, на пристрій почне продаватися змінний струм, а це вже загрожує його нагріванням і вибухом.
Інша причина полягає в тому, що сьогодні на ринку можна зустріти покращені з металізованим покриттям поліпропіленові пускові моделі. змінного струмутипу СВВ.
Найчастіше вони розраховані працювати з напругою 400-450 В. Саме їм і слід віддати перевагу, враховуючи, що вони неодноразово показували себе з хорошого боку.
Напруга
Розглядаючи різні типипускових випрямлячів трифазного двигуна, що підключається до однофазної мережі, слід брати до уваги такий параметр, як робоча напруга.
Помилка буде використання випрямляча, показник напруги якого перевищує на порядок необхідний. Крім високих витрат на його придбання, доведеться виділити для нього більше місця через його великі габарити.
У той же час не варто розглядати моделі, в яких напруга має менший показник, ніж напруга мережі. Пристрої з такими характеристиками не зможуть ефективно виконувати свої функції і скоро вийдуть з ладу.
Щоб не помилитися при виборі робочої напруги, слід дотримуватися наступної схеми розрахунку: підсумковий параметр повинен відповідати добутку фактичної напруги мережі та коефіцієнта 1,15, при цьому розрахункове значення має становити не менше 300 В.
У тому випадку, якщо вибираються паперові випрямлячі для роботи в мережі змінної напруги, їх робочу напругу потрібно розділити на 1,5-2. Тому робоча напруга для паперового конденсатора, для якого виробник вказав напругу в 180, в умовах роботи в мережі змінного струму складе 90-120 В.
Щоб зрозуміти, як на практиці реалізується ідея підключення трифазного електродвигуна до однофазної мережі, виконаємо експеримент з використанням агрегату АТЛ 22-4 потужністю 400 (Вт). Головна задача, Яка має бути вирішена - запуск двигуна від однофазної мережі з напругою 220 В.
Використовуваний електродвигун має такі характеристики:
Пам'ятаючи про те, що електродвигун, що використовується, має невелику потужність, при підключенні його до однофазної мережі можна купити лише робочий конденсатор.
Розрахунок ємності робочого випрямляча:
Користуючись наведеними формулами, візьмемо за середнє значення ємності робочого випрямляча показник 25 мкФ. Тут була обрана дещо більша ємність, що дорівнює 10 мкФ. Так ми спробуємо з'ясувати, як впливає така зміна на запуск апарату.
Тепер нам необхідно купити випрямлячі, як останні будуть використовуватися конденсатори типу МБГО. Далі на основі підготовлених випрямлячів виконується збирання необхідної ємності.
У процесі роботи слід пам'ятати, кожен такий випрямляч має ємність 10 мкФ.
Якщо взяти два конденсатори і з'єднати їх один з одним по паралельній схемі, То підсумкова ємність складе 20 мкф. При цьому показник робочої напруги дорівнюватиме 160В. Для досягнення необхідного рівня в 320 необхідно взяти ці два випрямляч і підключити їх ще до такої ж пари, конденсаторів, з'єднаних паралельно, але вже застосувавши послідовну схему. Через війну сумарна ємність становитиме 10 мкФ. Коли батарея робочих конденсаторів буде готова, підключаємо її до двигуна. Далі залишиться лише запустити його в однофазній мережі.
У процесі проведеного експерименту з підключенням двигуна до однофазної мережі робота зажадала менше часу та сил. Використовуючи подібний агрегат із вибраною батареєю випрямлячів, слід врахувати, що його корисна потужністьперебуватиме на рівні до 70-80 % від номінальної потужності, при цьому частота обертання ротора буде відповідати номінальному показнику.
Важливо: якщо двигун розрахований на мережу напругою 380/220 В, то при підключенні до мережі слід використовувати схему «трикутник».
Звертайте увагу на зміст бирки: буває так, що там наведено зображення зірки з напругою 380 В. У цьому випадку правильну роботу двигуна в мережі можна забезпечити, виконавши такі умови. Спершу доведеться «розпорошити» спільну зірку, після чого з'єднати з клемником 6 кінців. Шукати загальну точкуслід у лобовій частині двигуна.
Відео: підключення однофазного двигуна до однофазної мережі
Рішення про використання пускового конденсатора слід приймати виходячи з конкретних умов, найчастіше виявляється достатньо робочого. Однак якщо двигун піддається підвищеному навантаженню, то експлуатацію рекомендується зупинити. У цьому випадку необхідно правильно визначити необхідну ємність пристрою для забезпечення ефективної роботи агрегату.
Пусковий та робочий конденсатори служать для запуску та роботи електродвигунів, що працюють в однофазній мережі 220 В.
Тому їх ще називають фазозсувними.
Місце встановлення - між лінією живлення та пусковою обмоткою електродвигуна.
Умовне позначення конденсаторів на схемах
Графічне позначення на схемі показано малюнку, буквене позначення-С і порядковий номер за схемою.
Основні параметри конденсаторів
Ємність конденсатора-характеризує енергію, яку здатний накопичити конденсатор, а також струм який він здатний пропустити через себе. Вимірюється у Фарадах з розмножувальною приставкою (нано, мікро і т.д.).
Найпопулярніші номінали для робочих і пускових конденсаторів від 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).
Номінальна напруга конденсатора-напруга, при якій конденсатор здатний надійно та довго працювати, зберігаючи свої параметри.
Відомі виробники конденсаторів вказують на його корпусі напругу і відповідну йому гарантовану напрацювання в годиннику, наприклад:
- 400 В - 10000 годин
- 450 В - 5000 годин
- 500 В - 1000 годин
Перевірка пускового та робочого конденсаторів
Перевірити конденсатор можна за допомогою вимірювача ємності конденсаторів, такі прилади випускаються як окремо, так і у складі мультиметра-універсального приладу, який може вимірювати багато параметрів. Розглянемо перевірку мультиметром.
- знеструмлюємо кондиціонер
- розряджаємо конденсатор, закоротивши його висновки
- знімаємо одну з клем (будь-яку)
- виставляємо прилад на вимірювання ємності конденсаторів
- притуляємо щупи до висновків конденсатора
- зчитуємо з екрана значення ємності
У всіх приладів різне позначення режиму вимірювання конденсаторів, основні типи на картинках нижче.
У цьому мультиметрі режим вибирається перемикачем, його необхідно поставити в режим Fcх.
Перемикання межі вимірювання ємності ручне. Максимальне значення 100 мкф.
У цього вимірювального приладу автоматичний режим, потрібно лише його вибрати, як показано на малюнку.
Вимірювальний пінцет від Mastech також автоматично вимірює ємність, необхідно лише вибрати режим кнопкою FUNC, натискаючи її, доки не з'явиться індикація F.
Для перевірки ємності зчитуємо на корпусі конденсатора її значення і ставимо свідомо більшу межу вимірювання на приладі. (Якщо він не автоматичний)
Наприклад, номінал 2,5 мкФ (μF), на приладі ставимо 20 мкФ (μF).
Після приєднання щупів до висновків конденсатора чекаємо показань на екрані, наприклад час вимірювання ємності 40 мкФ першим приладом - менше однієї секунди, другим - більше однієї хвилини, так що слід чекати.
Якщо номінал не відповідає зазначеному на корпусі конденсатора, його необхідно замінити і якщо потрібно підібрати аналог.
Заміна та підбір пускового/робочого конденсатора
Якщо є оригінальний конденсатор, то зрозуміло, що просто необхідно поставити його на місце старого і все. Полярність не має значення, тобто висновки конденсатора не мають позначень плюс "+" та мінус "-" і їх можна підключити як завгодно.
Категорично не можна застосовувати електролітичні конденсатори (дізнатися їх можна за меншими розмірами, за тієї ж ємності, і позначення плюс і мінус на корпусі). Як наслідок застосування – термічне руйнування. Для цих цілей виробники спеціально випускають неполярні конденсатори для роботи в ланцюзі змінного струму, які мають зручне кріплення та плоскі клеми, для швидкого встановлення.
Якщо потрібного номіналу немає, його можна отримати паралельним з'єднанням конденсаторів. Загальна ємність дорівнюватиме сумі двох конденсаторів:
З заг = З 1 + З 2 + ... З п
Тобто, якщо з'єднати два конденсатори по 35 мкФ, отримаємо загальну ємність 70 мкФ, напруга при якому вони зможуть працювати буде відповідати їхній номінальній напрузі.
Така заміна абсолютно рівноцінна одному конденсатору більшої ємності.
Типи конденсаторів
Для запуску потужних двигунів компресорів застосовують маслонаповнені неполярні конденсатори.
Корпус усередині заповнений олією для хорошої передачі тепла на поверхню корпусу. Корпус зазвичай металевий, алюмінієвий.
Найдоступніші конденсатори такого типу CBB65.
Для запуску менш потужного навантаження, наприклад двигунів вентиляторів, використовують сухі конденсатори, корпус яких зазвичай пластмасовий.
Найбільш поширені конденсатори цього типу CBB60, CBB61.
Клеми для зручності з'єднання здвоєні або чотиривірні.
При підключенні асинхронного електродвигунав однофазну мережу 220/230 необхідно забезпечити зсув фаз на обмотках статора, щоб зробити імітацію обертового магнітного поля (ВМП), яке змушує обертатися вал ротора двигуна при підключенні його в «рідні» трифазні мережі змінного струму. Відома багатьом, хто знайомий з електротехнікою, здатність конденсатора давати електричному струму «фору» на π/2=90° порівняно з напругою, надає хорошу послугу, оскільки це створює необхідний момент, що змушує обертатися ротор у вже не рідних мережах.
Але конденсатор для цього необхідно підбирати, причому потрібно робити з високою точністю. Саме тому читачам нашого порталу надається в абсолютне безоплатне користування калькулятор розрахунку ємності робочого та пускового конденсатора. Після калькулятора будуть надані необхідні роз'яснення щодо всіх його пунктів.
Калькулятор розрахунку ємності робочого та пускового конденсаторів
В одній із минулих статей ми говорили про підбір робочих конденсаторів для роботи 3 ф.(380 Вольт) асинхронного електродвигуна від 1 ф. мережі (220 Вольт). А саме про. Дякую Вам мої читачі за безліч відгуків та подяк, адже якби не Ви вже давно б закинув цю справу. В одному з листів, надісланих мені на пошту, були запитання: «Чому не розповів про пускові конденсатори?», «Чому в мене не запускається двигун, адже я все зробив, як було написано». Але що не завжди вистачає «робітників» конденсаторів для пуску електродвигуна під навантаженням, і виникає питання: «Що ж робити?». А ось що: "Нам потрібні пускові конденсатори". А ось як їх правильно підібрати ми зараз поговоримо.
І тому ми маємо: 3 фазний електродвигун, до якого на основі ми підібрали ємність робочого конденсатора 60 мкФ. Для пускового конденсатора ми беремо ємність у 2 - 2,5 рази більшу за ємність робочого конденсатора. Таким чином, нам знадобиться конденсатор ємністю 120 – 150 мкФ. При цьому робоча напруга цих конденсаторів повинна бути в 1,5 рази більша за напругу мережі. Зараз у багатьох виникає питання: «А чому не 300 мкф або навіть 1000 мкф, адже кашу олією не зіпсуєш?». Але в цьому випадку, всього повинно бути в міру, при занадто більшій ємності пускових конденсаторів нічого страшного не станеться, але ефективність пуску електродвигуна буде гіршою. Таким чином, не варто витрачати зайві кошти на покупку занадто великої ємності.
Але які ж конденсатори необхідні для запуску електродвигуна?
Якщо нам потрібна невелика ємність пускового конденсатора, то цілком підійде конденсатори того ж типу які ми використовували для робочих конденсаторів. Але якщо нам потрібна велика ємність? Для такої мети не доцільно використовувати такий тип конденсаторів через їхню дорожнечу та розміри (при зборі великої батареї конденсаторів розміри її будуть великі). Для таких цілей нам служать спеціальні пускові (стартові) конденсатори, які зараз є у продажу, у великому асортименті. Такі конденсатори зустрічаються різних форм і типів, але в їх назвах присутнє маркування (напис): "Start", "Starting", "Motor Start" або щось таке, всі вони служать для пуску електродвигуна. Але для кращої переконливості краще запитати продавця при покупці, він завжди підкаже.
А ось зараз Ви скажете: А як же конденсатори від старих радянських ч/б телевізорів, так звані електроліти?
Та що я вам можу сказати з цього приводу. Я сам їх не використовую і Вам не рекомендую і навіть відмовляю. Все тому що їх використання як пускові конденсатори не цілком безпечне. Тому що вони можуть здуватись або й того гірше вибухати. До того ж такий тип конденсаторів з часом висихає та втрачає свою номінальну ємність, і ми не можемо точно знати, яку саме ми застосовуємо зараз.
І так у нас є електродвигун, робочий та пусковий конденсатор. Як нам це все підключити?
Для цього нам знадобиться кнопка ПНВС.
Кнопка ПНВС (пускатель натискний з пусковим контактом) має три контакти: два крайні – з фіксацією та один посередині – без фіксації. Він і служить для включення пускового конденсатора, а при припиненні натискання на кнопку повертається у вихідне положення (пусковий конденсатор "Сп" включається тільки під час пуску двигуна, а робочий конденсатор "Ср" постійно перебувати в роботі), інші два крайніх контакти залишаються включеними і відключаються при натисканні кнопки "Стоп". Кнопку «Пуск» потрібно утримуватись доти, доки швидкість валу не досягне максимальних обертів, і тільки після її відпустити. Також не варто забувати, що конденсатор має властивість мати заряд. електричного струму, і Ви можете потрапити під ураження електричним струмом.Щоб цього не трапилося, після закінчення роботи відключіть електродвигун від мережі, і увімкніть на одну дві секунди кнопку «Пуск», щоб конденсатори могли розрядитися. Або паралельно пускового конденсатора поставте резистор близько 100 кілоом, щоб конденсатор розряджався на нього.
Двигуни, які називають однофазними, мають на статорі, як правило, дві обмотки. Одна з них називається головною або робочою, інша – допоміжною чи пусковою. Необхідність мати дві просторово зрушені обмотки, що живляться зрушеними на 90 електричних градусів струмами для отримання пускового моменту. 
Двигуни називають однофазними, оскільки вони спочатку призначені для живлення від однофазного змінного струму.
Зсув струмів у часі забезпечують включенням у допоміжну фазу фазозсувного елемента - резистора або електричного конденсатора.
У двигунах з пусковим резистором (часто пускова фаза виконується з підвищеним опором) магнітне поле еліптичне; у двигунах із пусковим електричним конденсатором поле ближче до кругового. Допоміжна обмотка після розгону двигуна відключається і двигун працює як однофазний однообмотувальний. Його результуюче поле є різко еліптичним. Тому однофазні двигуни мають низькі енергетичні показники і малу перевантажувальну здатність.
У двигунах з постійно увімкненим конденсатором ємність останнього вибирається, як правило, з умов забезпечення кругового поля в номінальному режимі. При цьому магнітне поле при пуску далеко від кругового та пусковий момент тому невеликий. Для поліпшення пускових властивостей паралельно робочому конденсатору на пуску підключається елетричний пусковий конденсатор.
В електроприводах з легкими умовамипуску часто застосовують однофазні АТ з екранованими полюсами. У таких двигунах роль допоміжної фази грають розміщені на явно виражених полюсах статора короткозамкнені витки. Оскільки просторовий кут між осями головної фази (обмотки збудження) та витка набагато менше 90°, поле в такому двигуні різко еліптичне. Тому пускові та робочі властивості двигунів з екранованими полюсами невисокі.
Використовуються однофазні асинхронні двигуниз короткозамкненим ротором: з підвищеним опором пускової фази, з пусковим конденсатором, з робочим конденсатором, з тим і іншим, а також двигуни з екранованими полюсами.
Основні технічні дані однофазних АТ на напругу 220 В: - кратність пускового струму; кп – кратність пускового моменту; км - кратність максимального моменту чи перевантажувальна здатність двигуна.
Основні параметри електричних конденсаторів
Конденсатор є концентратором енергії електричного поля, що володіє електричною ємністю, і складається з розділених діелектриком провідних електродів - обкладок з висновками для приєднання до електричного ланцюга.
Ємність конденсатора є відношення величини заряду конденсатора до різниці потенціалів на його обкладках, яку повідомляють конденсатору:
За одиниця ємності в міжнародній системі СІ приймають фараду (Ф) - ємність такого конденсатора, у якого потенціал зростає на один вольт (В) при повідомленні йому заряду в один кулон (Кл). Це дуже велика величина, тому для практичних цілей використовують дрібніші одиниці ємності: мікрофараду (мкФ), нанофараду (нф) та пікофараду (пФ):
1 ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ.
Ємність конденсатора залежить від площі обкладки конденсатора S, товщини шару діелектрика d, що розділяє їх, і електричних властивостей діелектрика, що характеризуються діелектричною проникністю е:
Номінальною називають ємність конденсатора, позначену його корпусі. Номінальні значення ємності стандартизовані.
МЕК (Публікація № 63) встановлено сім кращих рядів для значень номінальної ємності: ЕС; Е6; Е12; Е24; Е48; Е96; Е192. Цифри після літери Е вказують на число номінальних значень у кожному десятковому інтервалі (декад), які відповідають числам 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8 або числам, отриманим шляхом множення або поділу на 10″, де п - ціле позитивне або від'ємне число. У умовному позначенніномінальна ємність виражена в мікрофарадах (мкФ) або в пікофарадах (пФ).
Для позначення номінальних ємностей застосовується система кодування. Вона складається з трьох або чотирьох знаків, що включають дві або три цифри та букву. Літера коду з російського або латинського алфавітів позначає множник, що становить значення ємності, і визначає положення коми. Літери П(р), Н(п), М(м), І(1), Ф(Р) позначають множники 10~12, Ю-9, 10~6, Ю-3 та 1 відповідно для значень ємності, виро ¬женной у фарадах.
Наприклад, ємність 2,2 пФ позначається 2П2 (2р2); 1500 пФ – 1Н5 (1п5); 0,1 мкФ – М1 (м1); 10 мкФ – ЮМ (Юм); 1 фарада - 1Ф0 (1F0).
Фактичне значення ємності може відрізнятися від номінального на величину відхилення у відсотках, що допускається. Відхилення, що допускаються, змінюються в залежності від типу і точності конденсатора в вельми широких межах від ±0,1 до +80%.
Номінальною називають напругу, вказану на конденсаторі або документації на нього, при якому він може працювати в заданих умовах протягом терміну служби зі збереженням параметрів у допустимих межах. Номінальна напруга залежить від конструкції конденсатора та властивостей матеріалів, що застосовуються. Під час експлуатації напруга на конденсаторі не повинна перевищувати номінальну. Для багатьох типів конденсаторів зі збільшенням температури (зазвичай 70...85 °С) допустима напруга знижується. Номінальна напруга конденсаторів встановлюється відповідно до ряду (ГОСТ 9665-77): 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350; 400; 450; 500; 630; 800; 1000; 1600; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000 Ст.
Температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ) визначає відносну зміну ємності (у мільйонних частках) від температури за зміни її на 1 °С.
Тангенс кута втрат (tg8) характеризує втрати електрич-ної енергії в конденсаторі. Значення тангенсу кута втрат у полістирольних та фторопластових конденсаторів знаходяться в межах (Ю…15)10~4, полікарбонатних (15…25)Ю~4, оксидних 5…35%, поліетилентерефталатних 0,01…0,012. Величина, зворотна тангенсу кута втрат, називається добротністю конденсатора.
Опір ізоляції та струм витоку. Ці параметри характеризують якість діелектрика і використовуються при розрахунках високоомних, часозадающих і слаботочних ланцюгів. Найбільш високий опір ізоляції у фторопластових, по- лістирольних та поліпропіленових конденсаторів, дещо нижчий у високочастотних керамічних, полікарбонатних та лавсанових конденсаторів.
Для маркування конденсаторів постійної ємності застосовують букву К (конденсатор постійної ємності) та цифри, що визначають вид діелектрика.
