Подбор конденсатора для однофазного двигателя по мощности таблица

Подбор конденсатора для однофазного двигателя по мощности таблица

К каждому объекту изначально подается трехфазный ток. Основная причина заключается в использовании на электростанциях генераторов с трехфазными обмотками, сдвинутыми по фазе между собой на 120 градусов и вырабатывающими три синусоидальных напряжения. Однако при дальнейшем распределении тока потребителю подводится только одна фаза, к которой и подключается все имеющееся электрооборудование. Иногда возникает необходимость в использовании нестандартных устройств, например как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя. Как правило, требуется рассчитать емкость данного элемента, обеспечивающего устойчивую работу агрегата.

Принцип подключения трехфазного устройства к одной фазе

Во всех квартирах и большинстве частных домов все внутреннее энергоснабжение осуществляется по однофазным сетям. В этих условиях иногда необходимо выполнить подключение трехфазного двигателя к однофазной сети. Эта операция вполне возможна с физической точки зрения, поскольку отдельно взятые фазы различаются между собой лишь сдвигом по времени.

Подобный сдвиг легко организовать путем включения в цепь любых реактивных элементов – емкостных или индуктивных. Именно они выполняют функцию фазосдвигающих устройств когда используются рабочего и пускового элементов.

Следует учитывать то обстоятельство, что обмотка статора сама по себе обладает индуктивностью. В связи с этим, вполне достаточно снаружи двигателя подключить конденсатор с определенной емкостью. Одновременно, обмотки статора соединяются таким образом, чтобы первая из них сдвигала фазу другой обмотки в одну сторону, а в третьей обмотке конденсатор выполняет эту же процедуру, только в другом направлении. В итоге образуются требуемые фазы в количестве трех, добытые из однофазного питающего провода.

Таким образом, трехфазный двигатель выступает в качестве нагрузки лишь для одной фазы подключенного питания. В результате, в потребляемой энергии образуется дисбаланс, отрицательно влияющий на общую работу сети. Поэтому такой режим рекомендуется использовать в течение непродолжительного времени для электродвигателей небольшой мощности. Подключение обмоток в однофазную сеть может быть выполнено двумя способами – звездой или треугольником.

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.

Схема подключения «звезда»

В случае если на клеммнике электродвигателя 6 выводов — следует их прозвонить по отдельности и определить, какие выводы связаны друг с другом. В паспорте мотора нужно найти назначение выводов. После этого схема переподключается, формируя привычный «треугольник».

С этой целью снимаются перемычки и контактам присваивают условные обозначения от A до F. Далее последовательно соединяются контакты: A и D, B и E, C и F.

Теперь контакты D, E и F станут соответственно нулевым, рабочим и фазовым проводом. Конденсатор присоединяют к ним точно так же, как в предыдущем случае.

При первом включении нужно внимательно следит за тем, чтобы обмотки не перегревались. В этом случае следует немедленно отключить устройство и определить причину перегрева.

Виды пусковых конденсаторов

Небольшие электродвигатели, мощность которых не превышает 200-400 ватт, могут работать без пускового устройства. Для них вполне достаточно одного рабочего конденсатора. Однако при наличии значительных нагрузок на старте, обязательно используются дополнительные пусковые конденсаторы. Он подключается параллельно с рабочим конденсатором и в период разгона удерживается во включенном положении с помощью специальной кнопки или реле.

Для расчета емкости пускового элемента необходимо умножить емкость рабочего конденсатора на коэффициент, равный 2 или 2,5. В процессе разгона двигатель требует емкость все меньше и меньше. В связи с этим, не стоит держать пусковой конденсатор постоянно включенным. Высокая емкость при больших оборотах приведет к перегреву и выходу из строя агрегата.

В стандартную конструкцию конденсатора входят две пластины, расположенные напротив друг друга и разделенные слоем диэлектрика. При выборе того или иного элемента, необходимо учитывать его параметры и технические характеристики.

Выбор конденсатора для трехфазного двигателя

Конденсаторы, предназначенные для трехфазного мотора, должны иметь достаточно высокую емкость – от десятков до сотен микрофарад. Электролитические конденсаторы не годятся для этих целей, поскольку для них требуется однополярное подключение. То есть, специально для этих устройств потребуется создание выпрямителя с диодами и сопротивлениями.

Постепенно в таких конденсаторах происходит высыхание электролита, что приводит к потере емкости. Кроме того, в процессе эксплуатации данные элементы иногда взрываются. Если все же решено использовать электролитические устройства, нужно обязательно учитывать эти особенности.

Классическим примеров служат элементы, представленные на рисунке. Слева изображен рабочий конденсатор, а справа – пусковой.

Подбор конденсатора для трехфазного двигателя выполняется опытным путем. Емкость рабочего устройства выбирается из расчета 7 мкФ на 100 Вт мощности. Следовательно, 600 Вт будет соответствовать 42 мкФ. Пусковой конденсатор как минимум в 2 раза превышает емкость рабочего. Таким образом 2 х 45 = 90 мкФ будет наиболее подходящим показателем.

Выбор осуществляется постепенно, исходя из работы двигателя, поскольку его реальная мощность напрямую зависит от емкости используемых конденсаторов. Кроме того, это можно сделать по специальной таблице. При недостатке емкости двигатель будет терять свою мощность, а при ее избытке наступит перегрев от чрезмерного тока. Если конденсатор выбран правильно, то двигатель будет работать нормально, без рывков и посторонних шумов. Более точно подбираем устройство путем расчетов, выполняемых по специальным формулам.

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.

Расчет емкости

Емкость конденсатора для электродвигателя рассчитывается исходя из схемы соединения обмоток – звездой или треугольником.

В обоих случаях применяется общая расчетная формула: Сраб = к х Iф/Uсети, к которой все параметры имеют следующие обозначения:

• к – является специальным коэффициентом. Его значение составляет 2800 для схемы «звезда» и 4800 для схемы «треугольник».
• Iф – номинальный ток статора, указанный на информационной табличке. При невозможности прочтения, выполняются измерения с помощью специальных измерительных клещей.
• Uсети – напряжение питающей сети, величиной в 220 вольт.

Подставив все необходимые значения, можно легко рассчитать, какая емкость будет у рабочего конденсатора (мкФ). Во время расчетов необходимо учитывать ток, поступающий к фазной обмотке статора. Он не должен превышать номинальное значение, точно так же, как нагрузка двигателя с конденсатором должна быть не выше 60-80% номинальной мощности, обозначенной на информационной табличке.

Пояснения к расчету

Схема соединения обычно отмечена на самом конденсаторе, и может обозначаться либо звёздой, либо треугольником. Как правило, это две разные формы, ёмкость которых рассчитывается, по- разному:

Полученные результаты расчета используются для подбора конденсаторов нужных номиналов. Номинала именно расчетного значения вряд ли можно будет найти, поэтому правила подбора следующие:

• если расчетное значение точно попало в существующий номинал, то в этом случае повезло — берете именно такой.
• если совпадения нет, то рекомендуется выбирать емкость ближайшего нижнего номинального значения. Выбирать выше не следует (особенно для рабочих конденсаторов), так как существует вероятность значительного возрастания рабочих токов и перегрева обмоток.
• По напряжению конденсаторы обязательно подбираются с номиналом не менее, чем в 1,5 раза выше напряжения сети, поскольку в момент пуска напряжение на самом конденсаторе всегда повышенное. Например, для однофазного напряжения 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, а по опыту электриков даже не менее 400 В.

Ниже мы приведем таблицу номинальных значений конденсаторов серий СВВ60 и СВВ65. Эти конденсаторы чаще всего применяют при подключении асинхронных двигателей. Серия СВВ65 отличается от серии СВВ60 металлическим корпусом. В качестве пусковых часто применяют электролитические конденсаторы серии CD60. Причем опытные профессионалы не рекомендуют использовать их в качестве рабочих, поскольку продолжительные время работы быстро выводит их из строя.

Как подобрать конденсатор для однофазного асинхронного двигателя

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя или трехфазного

Что делать, если требуется подключить двигатель к источнику, рассчитанному на другой тип напряжения (например, трехфазный двигатель к однофазной сети)? Такая необходимость может возникнуть, в частности, если нужно подключить двигатель к какому-либо оборудованию (сверлильному или наждачному станку и пр.). В этом случае используются конденсаторы, которые, однако, могут быть разного типа. Соответственно, надо иметь представление о том, какой емкости нужен конденсатор для электродвигателя, и как ее правильно рассчитать.

Что такое конденсатор

Конденсатор состоит из двух пластин, расположенных друг напротив друга. Между ними помещается диэлектрик. Его задача – снимать поляризацию, т.е. заряд близкорасположенных проводников.

Существует три вида конденсаторов:

• Полярные. Не рекомендуется использовать их в системах, подключенных к сети переменного тока, т.к. вследствие разрушения слоя диэлектрика происходит нагрев аппарата, вызывающий короткое замыкание.
• Неполярные. Работают в любом включении, т.к. их обкладки одинаково взаимодействуют с диэлектриком и с источником.
• Электролитические (оксидные). В роли электродов выступает тонкая оксидная пленка. Считаются идеальным вариантом для электродвигателей с низкой частотой, т.к. имеют максимально возможную емкость (до 100000 мкФ).

Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя

Задаваясь вопросом: как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя, нужно принять во внимание ряд параметров.

Чтобы подобрать емкость для рабочего конденсатора, необходимо применить следующую расчетную формулу: Сраб.=k*Iф / U сети, где:

• k – специальный коэффициент, равный 4800 для подключения «треугольник» и 2800 для «звезды»;
• Iф – номинальное значение тока статора, это значение обычно указывается на самом электродвигателе, если же оно затерто или неразборчиво, то его измеряют специальными клещами;
• U сети – напряжение питания сети, т.е. 220 вольт.

Таким образом вы рассчитаете емкость рабочего конденсатора в мкФ.

Еще один вариант расчета – принять во внимание значение мощности двигателя. 100 Ватт мощности соответствуют примерно 7 мкФ емкости конденсатора. Осуществляя расчеты, не забывайте следить за значением тока, поступающего на фазную обмотку статора. Он не должен иметь большего значения, чем номинальный показатель.

В случае, когда пуск двигателя производится под нагрузкой, т.е. его пусковые характеристики достигают максимальных величин, к рабочему конденсатору добавляется пусковой. Его особенность заключается в том, что он работает примерно в течение трех секунд в период пуска агрегата и отключается, когда ротор выходит на уровень номинальной частоты вращения. Рабочее напряжение пускового конденсатора должно быть в полтора раза выше сетевого, а его емкость – в 2,5-3 раза больше рабочего конденсатора. Чтобы создать необходимую емкость, вы можете подключить конденсаторы как последовательно, так и параллельно.

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя

Асинхронные двигатели, рассчитанные на работу в однофазной сети, обычно подключаются на 220 вольт. Однако если в трехфазном двигателе момент подключения задается конструктивно (расположение обмоток, смещение фаз трехфазной сети), то в однофазном необходимо создать вращательный момент смещения ротора, для чего при запуске применяется дополнительная пусковая обмотка. Смещение ее фазы тока осуществляется при помощи конденсатора.

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.

однофазный асинхронный станок — MATLAB & Simulink

В этом примере показана работа однофазного асинхронного двигателя в режимах конденсаторный запуск и конденсаторный запуск.

H. Ouquelle и Louis-A.Dessaint (Ecole de technologie superieure, Montreal)

Описание

В этой модели используются два однофазных асинхронных двигателя соответственно в режимах конденсаторный запуск и конденсаторный запуск, чтобы сравнить их рабочие характеристики, такие как крутящий момент, пульсация крутящего момента, КПД и коэффициент мощности.Два двигателя рассчитаны на 1/4 л.с., 110 В, 60 Гц, 1800 об / мин., И они питаются от однофазного источника питания 110 В. Они имеют идентичные обмотки статора (основной и вспомогательной) и короткозамкнутые роторы.

Двигатель 1 Двигатель работает в режиме запуска конденсатора. Его вспомогательная обмотка, включенная последовательно с пусковым конденсатором 255 мкФ, отключается, когда его скорость достигает 75% от номинальной скорости. Пусковой конденсатор используется для обеспечения высокого пускового момента.

Двигатель 2 работает в режиме запуска конденсатора.В этом режиме работы используются два конденсатора: конденсаторы запуска и пуска. В течение начального периода вспомогательная обмотка также соединена последовательно с конденсатором 255 мкФ, но после достижения скорости отключения вспомогательная обмотка остается подключенной последовательно с рабочим конденсатором 21,1 мкФ. Это значение конденсатора оптимизировано для уменьшения пульсаций крутящего момента. Мотор работает эффективно с высоким коэффициентом мощности.

Два двигателя сначала запускаются без нагрузки, при t = 0. Затем в момент времени t = 2 с, когда двигатели достигли стационарного режима, a 1 Н.м крутящий момент (номинальный крутящий момент) внезапно применяется на валу.

Simulation

Запустите симуляцию. Блок Scope отображает следующие сигналы для двигателя запуска конденсатора (желтые кривые) и двигателя конденсатора (пурпурные кривые): общий ток (основная + вспомогательная обмотка), ток главной обмотки, ток вспомогательной обмотки, напряжение конденсатора, частота вращения ротора и электромагнитный момент. Механическая мощность, коэффициент мощности и КПД двигателя 1 и двигателя 2 рассчитываются внутри подсистемы обработки сигналов и отображаются в 3 блоках дисплея.

В течение начального периода, пока разъединитель остается замкнутым (от t = 0 до t = 0,48 с), все формы сигналов идентичны. После размыкания переключателя наблюдаются различия, как описано ниже.

1. Запуск конденсатора:

Соблюдайте пульсации момента 120 Гц, которые вызывают механические колебания ротора 120 Гц и снижают КПД двигателя. Пиковая пульсация крутящего момента составляет около 3 Н или 300% от номинальной нагрузки, когда двигатель работает без нагрузки.Обратите внимание, что пусковой конденсатор остается заряженным при пиковом напряжении, когда вспомогательная обмотка выключена.

2. Запуск конденсатора:

Обратите внимание, что пульсации крутящего момента существенно уменьшены. Значение рабочего конденсатора оптимизировано для минимизации пульсаций крутящего момента при полной нагрузке. Величина пульсаций крутящего момента составляет 2 Нм от пика до пика (200% от номинального крутящего момента) без нагрузки, тогда как при полной нагрузке она составляет всего 0,04 Нм от пика до пика (4% от номинального крутящего момента). Коэффициент мощности и КПД при полной нагрузке (соответственно, 90% и 75%) выше, чем у двигателя с конденсатором (соответственно, 61% и 74%).

Модель динамики однофазного асинхронного станка с короткозамкнутым ротором ротор

Simscape / Электрооборудование / Специализированные системы питания / Фундаментальные блоки / Станки

Описание

Эта машина имеет две обмотки: основную и вспомогательную. С помощью модели вы можете моделировать разделенная фаза, запуск конденсатора, запуск конденсатора, запуск конденсатора, а также основной и вспомогательный режимы работы обмоток.

Для режима с разделенной фазой главная и вспомогательная обмотки внутренне соединены как следующим образом:

Для режима запуска конденсатора главная и вспомогательная обмотки внутренне подключены как следующим образом:

Для режима запуска конденсатора и запуска конденсатора главная и вспомогательная обмотки внутренне подключен следующим образом:

Электрическая часть машины представлена ​​моделью пространства состояний четвертого порядка и механическая часть по системе второго порядка.Все электрические переменные и параметры относится к статору, обозначенному следующими простыми знаками в уравнениях машины. Все величины статора и ротора указаны в системе отсчета статора (рамка dq). Индексы определено в следующей таблице.

Как рассчитать емкость конденсатора для однофазного двигателя

Однофазный асинхронный двигатель

Обмотка статора однофазного асинхронного двигателя занимает приблизительно 2/3 окружности, именно по этой причине его мощность на 1/3 меньше мощности трехфазного двигателя таких же габаритов.

Ток, протекая по обмотке статора, создает пульсирующее магнитное поле, которое можно представить как два поля, вращающиеся в разных направлениях. Поле, которое вращается в направлении ротора называется прямым полем, а второе – обратным. Они воздействуют на ротор и создают соответствующие моменты (М_пр и М_обр).

По причине разных направлений вращения эти электрические машины не могут самостоятельно совершить пуск, так как при неподвижном роторе, то есть при S =1, пусковой момент, он же М_рез, равен нолю (смотри Рисунок 1). Однако, если придать движение ротору, то прямой и обратный моменты не будут равны и двигатель продолжит вращение в том же направлении (ток, протекающий по обмотке ротора будет оказывать размагничивающее действие и при этом будет ослабляться обратное поле).

Рисунок 1 — Зависимость механических характеристик от прямого и обратного вращающих полей

Пуск двигателя с помощью пусковых устройств

Для того чтоб запустить однофазный асинхронный двигатель применяют устройства для пуска двигателя:

Пуск трехфазных асинхронных двигателей осуществляется более простым способом из-за уже имеющегося в сети сдвига фаз на 120 электрических градусов

Для получения пускового момента используют пусковую обмотку статора, которая по отношению к рабочей обмотке сдвинута на 90 электрических градусов. Применяют фазосдвигающие элементы, которые подключают к пусковой обмотке. Эта обмотка работает, обычно, около 3 первых секунд, после чего принудительно отключается вручную или с помощью автоматов. По этой причине ее изготовляют из провода меньшего сечения и с меньшим количеством витков по сравнению с рабочей обмоткой.

Пуск при помощи резистора производится при малых необходимых пусковых моментах, то есть если нагрузка на валу незначительна. Рисунок 2 иллюстрирует применение пускового а) конденсатора и б) резистора; где Р – рабочая обмотка, П – пусковая обмотка.

Рисунок 2 – Схема подключения однофазного асинхронного двигателя

Двухфазные асинхронные двигатели

Наличие конденсатора значительно улучшает характеристики двигателя, по этой причине используются двухфазные асинхронные двигатели. В них две обмотки являются рабочими, в одну из них вводится конденсатор для смещения угла между фазами на 90 градусов и создания кругового магнитного поля. Такие двигатели называют конденсаторными.

Расчет емкости конденсатора для двигателя:

Емкость такого конденсатора определяется по формуле:

где – ток, протекающий в обмотке статора,

sinφ₁ – сдвиг фаз между напряжение и током без конденсатора,

f – частота питающей сети,

U – напряжение сети,

n – коэффициент трансформации.

Где и k_об1, k _об2 — обмоточные коэффициенты,

W₁, W₂, — количество витков обмоток статора и ротора.

Напряжение на зажимах конденсатора выше чем напряжение сети и определяется следующей формулой:

Для повышения пусковых характеристик Существуют двигатели в одну обмотку которых ставятся два конденсатора, один из которых пусковой, второй – рабочий. Пусковой конденсатор обычно имеет емкость в разы большую чем рабочий. При этом пусковой отключается при достижении 70-80% номинальной скорости электрической машины.

Рисунок 3 – Пример подключения пары конденсаторов (конденсаторный двигатель)

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.

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