Для чего нужен пусковой конденсатор в однофазном электродвигателе
Конденсаторы для запуска электродвигателя
Пусковой конденсатор позволяет организовать начальный момент вращения вала ротора электромотора. Подключение электрических двигателей в сеть напряжением 220 вольт требует кратковременного присоединения пусковой обмотки через подобную электрическую ёмкость.
Устройство и предназначение конденсаторов
Этот элемент электрической схемы состоит из двух пластин (обкладок). Обкладки расположены по отношению друг к другу так, что между ними оставлен зазор. При включении конденсатора в цепь электрического тока на обкладках накапливаются заряды. Из-за физического зазора между пластинами устройство обладает маленькой проводимостью.
Внимание! Этот зазор бывает воздушным или заполнен диэлектриком. В качестве диэлектрика применяются: бумага, электролит, оксидные плёнки.
Главная особенность такого двухполюсника – способность накапливать энергию электрического поля и мгновенно отдавать её на нагрузку (заряд и разряд).
Первым прототипом ёмкости стала Лейденская банка, созданная в 1745 году в городе Лейдене немцем фон Клейстом. Банку изнутри и снаружи выстилали медной фольгой. Так появилась идея создания обкладок.
Графическое обозначение двухполюсника на схемах и чертежах – две вертикально расположенные черты (как обкладки) с зазором между ними.
Функциональные возможности
В цепях постоянного тока элемент некоторое время накапливает заряд на обкладках и не пропускает электроны через диэлектрик. Это значит, что в начальный момент постоянный ток проходит через деталь до окончания заряда. Такое же происходит и при разряде.
Важно! Ток, который периодически изменяется, элемент пропускает через себя. Такое возможно, потому что двухполюсник циклически перезаряжается при смене полярности электричества.
Характеристики
Напряжение, создаваемое на обкладках двухполюсника, равно разности потенциалов:
Зная напряжение и заряд, можно вычислить ёмкость (С). Это одна из основных характеристик двухполюсника:
Электроёмкость является физической величиной, которую определяют, разделив заряд пластины на разность потенциалов между пластинами. Единица измерений C – фарада (Ф).
К сведению. Ёмкость, равная 1 Ф, – большая величина, поэтому на практике её измеряют: в микрофарадах (мкФ), пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ).
К остальным параметрам двухполюсника относятся:
Когда масса корпуса детали значительно меньше, чем общая масса электролита и пластин, тогда достигается максимально высокая плотность энергии.
Номинальным называется такое напряжение, при котором элемент может работать длительное время, без нарушения (отклонения) рабочих характеристик.
Емкостные двухполюсники бывают:
Неполярные детали при подключении не ориентированы на полярность выводов заряда источника питания. Особенность электролитических элементов связана с химической реакцией между диэлектриком и электролитом. У таких моделей есть анод (положительный вывод) и катод (отрицательный вывод).
Разновидности емкостных элементов
Емкостные двухполюсники различают по следующим видам:
Пусковые конденсаторы относятся к двухполюсникам специального назначения.
Простые способы присоединения электромотора
Простейшее включение моторов – присоединение к трёхфазной сети. Электрообмотки мотора соединяются двумя способами:
Порядок соединения указаны на крышке клеммника с обратной стороны.
Внимание! Соединение обмоток «треугольником» быстро выводит двигатель на максимальную мощность, но тогда величина пускового тока возрастает семикратно. Плавный пуск, при отсутствии пускового реостата, затруднён.
Соединение обмоток «звездой» позволяет устойчиво и длительно работать мотору при плавном запуске. Машина выдерживает кратковременные перегрузки и не перегревается. Мощность её несколько ниже, чем при альтернативном подключении.
Соединить в одну точку начала обмоток могут уже при изготовлении. На клеммник выводят только три их конца. Поэтому выводы просто подключают к фазам сети. Направление вращения выбирают, изменяя местами подключение выводов к двум соседним фазам.
Специфика схем с конденсаторами
Когда подбирают типы включения электромашин при помощи пусковых и рабочих двухполюсников к сети 220 вольт, то выделяют следующие:
К сведению. Какие отличия между пусковыми и рабочими двухполюсниками? «Пусковыми» называются элементы, применяемые только для запуска, а «рабочими» – используемые в работе постоянно.
Схемы подсоединения к линии 380 В
В применении емкостных элементов, при подключении 3-х фазного мотора к сети 380 вольт, нет необходимости.
Схемы включения в однофазную сеть
При монтаже однофазного мотора в однофазную линию его запуск осуществляют, используя дополнительную обмотку. Такой двигатель имеет три вывода:
Когда отсутствует маркировка, катушки «прозваниваются» тестером для определения правильности подсоединения.
Тип сборки «Треугольник»
Для присоединения асинхронной трёхфазной машины в однофазную линию возможно применение соединения «треугольник». Пусковая емкость включается согласно схеме.
Тип сборки «Звезда»
Аналогичный принцип сборки цепи запуска 3-х фазного двигателя, обмотки которого соединены «звездой». Когда есть возможность самостоятельно выполнить такое соединение обмоток, то его осуществляют на клеммнике.
Величина емкости: рабочей и пусковой
Удельную ёмкость этих элементов можно высчитать, используя онлайн-калькулятор в сети интернет. Расчёт делают, самостоятельно пользуясь формулами.
Для запускающего элемента
Известны две формулы для определения ёмкости пускового двухполюсника:
Номинальный ток рассчитывают, пользуясь выражением:
Здесь:
Для рабочего элемента
Подобрать рабочий конденсатор можно из расчёта:
Запущенный и устойчиво работающий двигатель нуждается в применении рабочей ёмкости для вращения под нагрузкой.
Упрощенный вариант расчета пускового элемента
Грубо подобрать C можно, учитывая, что на каждые 0,1 кВт должно приходиться 7 мкФ (Сп = 70*P). Когда двигатель не запускается, ёмкости мало, когда при работе перегревается – много.
Пусковой конденсатор
Если выбирать в качестве пускового элемента один из металлобумажных типов, то можно остановиться на таком, как – мбгч.
Это герметизированный и высоковольтный запускающий элемент. Его выпускают с величиной постоянной ёмкости до 10 мФ и рассчитанным на напряжение 250-1000 В. Применяют такой двухполюсник в сетях любого рода тока.
Какой тип использовать
Требования к конденсаторам для запуска электродвигателей простые:
Есть небольшие нюансы для электрических машин, различающихся по принципу работы.
Для работы с трехфазным электродвигателем
В этом случае деталь осуществляет сдвиг фазы у обмотки асинхронной машины, и ее ёмкость должна быть высокой. Создание пускового момента и дальнейшая работа под нагрузкой требуют более точного подбора этой характеристики элемента.
Включение с однофазным электродвигателем
Пусковые конденсаторы здесь применяются для присоединения дополнительной обмотки. Она предназначена для запуска мотора и может быть включена как постоянно, через двухполюсник, так и кратковременно без него.
Особенности выбора детали
Выбранные конденсаторы пусковые соответствуют подаваемому напряжению. Величина их ёмкости не должна позволять двигателю перегреваться во время работы и легко запускать его в момент включения. Особых сложностей с подбором элементов не возникает.
Использование электролитических конденсаторов
Пусковой конденсатор для начала работы трёхфазного двигателя от 220в обязан иметь большую ёмкость. Чтобы сдвинуть с места вал движка мощностью 3 киловатта, необходимо 2100 мкФ ёмкости. Для подбора такой величины С понадобится целая батарея неполярных компонентов. Электролитические двухполюсники (электролиты) обладают большей ёмкостью при меньших размерах. Но включение их в цепь переменного тока надолго недопустимо.
Осторожно. При длительном присоединении емкости электролит закипает, и элемент взрывается.
Рабочее напряжение
У конденсаторов для электродвигателей напряжение Uном должно быть выше Uпит. Если питающее напряжение 220 В, то элемент берут с Uн = 250-400 В.
Подключение электромотора своими руками
Как подобрать конденсатор для однофазного двигателя, уже понятно. Отбор конденсаторов для трехфазного мотора рассмотрен. Как же практически смонтировать схему для пуска двигателя, что для этого необходимо?
Схема состоит из следующих компонентов:
Зачем нужна пусковая кнопка? Для кратковременного подключения электролитического двухполюсника и начала вращения двигателя. Собирается цепь согласно схеме на картинке ниже. Все соединения производятся под болтовые зажимы. Оголённые участки проводов подлежат обязательной изоляции.
Применение запускающих и рабочих конденсаторов позволяет осуществить запуск двигателей в любой цепи. Емкости двухполюсников должно быть достаточно для начала вращения и устойчивой работы под нагрузкой. Детали предпочтительно использовать новые.
Видео
Конденсатор для пуска электродвигателя
Если требуется присоединить трехфазный электродвигатель к обычной электросети, то потребуется создать электросхему для сдвига фаз. Основой такой схемы может служить конденсатор. Применяется он и для однофазного двигателя с целью облегчения его пуска.
Что такое конденсатор
Это устройство для накопления электрического заряда. Он состоит из пары проводящих пластин, находящихся на малом отстоянии друг от друга и разделенных слоем изолирующего материала.
Широко распространены следующие виды накопителей электрического заряда:
Электролитические лучше других подходят на роль конденсатора для пуска электродвигателя.
Описание разновидностей конденсаторов
Различным типам электродвигателей соответствуют подходящие им по своим характеристикам накопители.
Так, для низкочастотных высоковольтных (50 герц, 220-600 вольт) двигателей хорошо подходит электролитический конденсатор. Такие устройства обладают высокой емкостью, доходящей до 100 тысяч микрофарад. Нужно внимательно следить за соблюдением полярности, в противном случае из-за перегрева пластин возможно возгорание.
Неполярные накопители не имеют таких ограничений, но стоят они с несколько раз дороже.
Различные виды конденсаторов
Кроме перечисленных выше, производятся также вакуумные, газовые, жидкостные устройства, но как пусковой или рабочий конденсатор в схеме подключения электромотора, они не применяются.
Выбор емкости
С целью максимизации эффективности электродвигателя нужно рассчитать ряд параметров электроцепи, и прежде всего емкость.
Для рабочего конденсатора
Существуют сложные и точные методы расчета, однако в домашних условиях вполне достаточно оценить параметр по приближенной формуле.
На каждые 100 ватт электрической мощности трехфазного электродвигателя должно приходиться 7 микрофарад.
Недопустимо также подавать на фазовую статорную обмотку напряжение, превышающее паспортное.
Для пускового конденсатора
Если электродвигатель должен запускаться при наличии высокой нагрузки на приводном валу, то рабочий конденсатор не справится, и на время запуска потребуется подключать пусковой. После достижения рабочих оборотов, что происходит в среднем за 2-3 секунды, он отключается вручную или устройством автоматики. Доступны специальные кнопки включения электрооборудования, автоматически размыкающие одну из цепей через заданное время задержки.
Недопустимо оставлять пусковой накопитель подключенным в рабочем режиме. Фазовый перекос токов может привести к перегреву и возгоранию двигателя. Определяя емкость пускового прибора, следует принимать ее в 2-3 раза выше, чем у рабочего. При этом при запуске крутящий момент электродвигателя достигает максимального значения, а после преодоления инерции механизма и набора оборотов он снижается до номинального.
Для набора требуемой емкости конденсаторы для запуска электродвигателя подключают в параллель. Емкость при этом суммируется.
Простые способы подключения электродвигателя
Самый простой способ подключения трехфазного электродвигателя к бытовой электросети – применение частотного преобразователя. Потери мощности будут минимальны, но стоит такое устройство зачастую дороже самого двигателя.
Частотный преобразователь станет экономически эффективным лишь при большом объеме использования оборудования.
При другом способе для преобразования питающего напряжения используется обмотка самого асинхронного электродвигателя. Схема получится громоздкая и массивная. Конденсатор для запуска электродвигателя подключают по одной из двух популярных схем
Подключение двигателя по схемам «звезда» и «треугольник»
При реализации подключения этими способами важно свести к минимуму потери по мощности.
Схема подключения «треугольник»
Схема достаточно простая, для облегчения понимания обозначим контакты мотора символами A — ноль, B — рабочий и C — фазовый
Сетевой шнур подсоединяется коричневым проводником к контакту A, туда же следует подсоединить один из выводов конденсатора. К контакту И подсоединяется второй вывод прибора, а синий проводник сетевого шнура — к контакту С.
В случае небольшой мощности электромотора, не превышающей 1,5 киловатта, допустимо подключать только один конденсатор, пусковой при этом не нужен.
Если же мощность выше и нагрузка на валу значительная, то используют два параллельно соединенных прибора.
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.
Рабочее напряжение
Оптимальный запас по напряжению — 15-20%.
Важно! Для конденсаторов с диэлектриком из бумаги в цепях с переменным напряжением номинальное напряжение, указанное для постоянного тока, нужно поделить на 3.
Если указано 600 вольт, то в цепях переменного тока безопасно применять такие конденсаторы можно до 300 вольт.
Использование электролитических конденсаторов
Конденсаторы с диэлектриком из бумаги отличаются малой удельной емкостью и значительными габаритами. Для двигателя даже не самой большой мощности они будут занимать много места. Теоретически их можно заменить электролитическими, обладающими в несколько раз более высокой удельной емкостью.
Разновидности устройства электролитического конденсатора
Для этого электрическую схему придется дополнить несколькими элементами: диодами и резисторами. Такой вариант неплох для эпизодически работающего двигателя. Если же планируются продолжительные нагрузки, то от экономии места и веса лучше отказаться — при случайном выходе диода из строя он начнет пропускать на накопитель переменный ток, что приведет к его пробою и взрыву.
Выходом могут служить полипропиленовые конденсаторы с металлическим напылением серии СВВ, разработанные для использования в качестве пусковых.
Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя
Для вычисления емкости основного конденсатора применяют формулу:
Результат получается в микрофарадах. Вместо точной формулы можно применять правило: на каждые 100 ватт мощности — 7 микрофарад емкости.
Если при старте двигателю приходится преодолевать большой момент инерции подключенного к валу оборудования, то в помощь основному на время запуска и набора номинальных оборотов подключают пусковой конденсатор.
Емкость пускового накопителя принимают в 2-3 раза больше основного.
Подключение трехфазного электродвигателя к сети
После выхода на режим его обязательно отключают — вручную или с помощью автоматики. Если на рассчитанную емкость нет точно подходящего по номиналу прибора, конденсаторы можно подключать параллельно.
Как подобрать пусковой конденсатор для однофазного электромотора
До использования в пусковой цепи конденсатор проверяют тестером на исправность. При подборе рабочего конденсатора можно применять такое же приближенное правило а-7 микрофарад на 100 ватт номинальной электрической мощности. Емкость пускового также берется в 2-3 раза выше.
При подборе конденсатора на 220 вольт следует выбирать модели с номиналом не менее 400. Это объясняется переходными электромагнитными процессами при запуске, дающими кратковременные пусковые броски напряжения до 350-550 вольт.
Однофазные асинхронные электромоторы часто применяются в домашних электроприборах и электроинструменте. Для пуска таких устройств, особенно под нагрузкой, требуется пусковая обмотка и сдвиг фазы. Для этого используется конденсатор, подключаемый по одной из известных схем.
Конструкция асинхронного однофазного электродвигателя
Если запуск осуществляется с преодолением большого момента инерции, подсоединяют пусковой конденсатор.
Почему однофазный электродвигатель запускают через конденсатор
Статор электродвигателя с единственной обмоткой при пропускании переменного тока не сможет начать вращение, а лишь начнет подрагивать. Чтобы начать вращение, перпендикулярно основной обмотке размещают пусковую. В цепь этой обмотки включают компонент для сдвига фазы, такой, как конденсатор. Электромагнитные поля этих двух обмоток, прикладываемые к ротору со сдвигом по фазе, и обеспечат начало вращения.
Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей
Для обеспечения надежной работы электродвигателя используются пусковые конденсаторы.
Наибольшая нагрузка на электродвигатель действует на момент его старта. Именно в этой ситуации пусковой конденсатор начинает работать. Также отметим, что во многих ситуациях пуск проводится под нагрузку. В этом случае, нагрузка на обмотки и другие компоненты очень велика. Какая же конструкция позволяет снизить нагрузку?
Все конденсаторы, в том числе и пусковые, имеют следующие особенности:
Подобная конструкция представляет собой сочетание 2 проводников, которые разделяет диэлектрик. Применение современных материалов позволяет значительно повысить показатель емкости и уменьшить его габаритные размеры, а также повысить его надежность. Многие при внушительных рабочих показателях имеют размеры не более 50 миллиметров.
Назначение и преимущества
Используются конденсаторы рассматриваемого типа в системе подключения асинхронного двигателя. В данном случае, он работает только на момент пуска, до набора рабочей скорости.
Наличие подобного элемента в системе определяет следующее:
Без наличия этого элемента в системе, срок службы двигателя значительно уменьшается. Это связано с тем, что сложный пуск приводит к определенным сложностям.
Преимущества сети, которая имеет подобный элемент, заключаются в следующем:
Пусковой конденсатор работает на протяжении нескольких секунд на момент старта двигателя.
Схемы подключения
схема подключения электродвигателя с пусковым конденсатором
Большее распространение получила схема, которая имеет в сети пусковой конденсатор.
Данная схема имеет определенные нюансы:
При необходимости обеспечения высокого момента во время пуска, в цепь включается пусковой конденсатор, который подключается вместе с рабочим. Стоит отметить, что довольно часто его емкость определяется опытным путем для достижения наибольшего пускового момента. При этом, согласно проведенным измерениям, величина его емкости должна быть в 2-3 раза больше.
К основным моментам создания цепи питания электродвигателя, можно отнести следующее:
Подобным образом можно провести подключение однофазного электродвигателя.
Выбор пускового конденсатора для электродвигателя
Современный подход к данному вопросу предусматривает использование специальных калькуляторов в интернете, которые проводят быстрый и точный расчет.
Для проведения расчета следует знать и ввести нижеприведенные показатели:
Подобная информация вводится в соответствующие поля и проводится автоматический расчет. При этом, получаем емкость рабочего конденсата, а пусковой должен иметь показатель в 2,5 раза больше.
Провести подобный расчет можно самостоятельно.
Для этого можно воспользоваться следующими формулами:
При выборе, стоит также учесть нижеприведенные нюансы:
Обычно на вышеуказанные параметры не обращают особого внимания. Однако их можно учесть для создания идеальной системы питания электродвигателя.
Габаритные размеры также могут стать определяющим фактором. При этом, можно выделить следующую зависимость:
Обзор моделей
Существует несколько популярных моделей, которые можно встретить в продаже.
Стоит отметить, что эти модели отличаются не по емкости, а по виду конструкции:
Существуют и другие модели, зачастую они отличаются типом используемого диэлектрика и видом изоляционного материала.