Как подобрать конденсатор для запуска трехфазного двигателя
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:
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.
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:
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».
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:
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:
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.
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.
Подключение электромотора: практический пример
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.
Как подобрать и подключить конденсатор для трехфазного двигателя
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.
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.
Все конденсаторы представлены тремя основными видами:
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.
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:
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.
Как подключить пусковой и рабочий конденсаторы
На рисунке указана простейшая схема подключения пускового и рабочего элементов. Первый из них устанавливается сверху, а второй – снизу. Одновременно к двигателю подключается кнопка включения и выключения. Самое главное – внимательно разобраться с проводами, чтобы не перепутать концы.
Данная схема позволяет выполнить предварительную проверку с неточной прикидкой. Она же используется и после окончательного выбора наиболее оптимального значения.
Такой подбор осуществляется экспериментальным путем с использованием нескольких конденсаторов разной емкости. При параллельном подключении их суммарная мощность будет увеличиваться. В это время нужно контролировать работу двигателя. Если работа устойчивая и ровная, в этом случае можно покупать конденсатор с емкостью, равной сумме емкостей проверочных элементов.
Как подключить трехфазный двигатель к однофазной сети
Как переделать трехфазный двигатель для подключения в однофазную сеть
Как подключить трехфазный двигатель к сети 220 вольт
Подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети
Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети
Как подключить трехфазный двигатель на 220: Как сделать 380 вольт из 220