Конденсатор для пуска электродвигателя

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:

  • Полярные. Работают в цепях с постоянным напряжением, подключаются в соответствии с указанной на них полярностью.
  • Неполярные. Работают в цепях с переменным напряжение, подключать можно как угодно
  • Электролитические. Пластины представляют собой тонкие оксидные пленки на листе фольги.

Электролитические лучше других подходят на роль конденсатора для пуска электродвигателя.

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.

Схемы подключения

схема подключения электродвигателя с пусковым конденсатором

Большее распространение получила схема, которая имеет в сети пусковой конденсатор.

Данная схема имеет определенные нюансы:

  1. Пусковая обмоткаи конденсатор включаются на момент старта двигателя.
  2. Дополнительная обмотка работает небольшое время.
  3. Термореле включается в цепь для защиты от перегрева дополнительной обмотки.

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:

  1. От источника тока, 1 ветка идет на рабочий конденсатор. Он работает на протяжении всего времени, поэтому и получил подобное название.
  2. Перед ним есть разветвление, которое идет на выключатель. Кроме выключателя может использоваться и другой элемент, который проводит пуск двигателя.
  3. После выключателя устанавливается пусковой конденсатор. Он срабатывает в течение нескольких секунд, пока ротор не наберет обороты.
  4. Оба конденсатора идут к двигателю.

Подобным образом можно провести подключение однофазного электродвигателя.

Стоит отметить, что на небольших электродвигателях, используемых для бытовых нужд, например, для электроточила на 200-400 Вт, можно не использовать пусковой конденсатор, а обойтись одним рабочим конденсатором, я так делал уже не раз — рабочего конденсатора вполне хватает. Другое дело, если электродвигатель стартует со значительной нагрузкой, то тогда лучше использовать и пусковой конденсатор, который подключается параллельно рабочему конденсатору нажатием и удержанием кнопки на время разгона электродвигателя, либо с помощью специального реле. Расчет емкости пускового конденсатора осуществляется путем умножения емкостей рабочего конденсатора на 2-2.5, в данном калькуляторе используется 2.5.

При этом стоит помнить, что по мере разгона асинхронному двигателю требуется меньшая емкость конденсатора, т.е. не стоит оставлять подключенным пусковой конденсатор на все время работы, т.к. большая емкость на высоких оборотах вызовет перегрев и выход из строя электродвигателя.

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора

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.

Полипропиленовые пленочные конденсаторы серий СВВ60 и СВВ65 Электролитические неполярные конденсаторы серии CD60
Изображение
Номинальное рабочее напряжение, В 400; 450; 630 220-275; 300; 450
Номинальный ряд, мкФ 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 10; 12; 14; 15; 16; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 100; 120; 150 5; 10; 15; 20; 25; 50; 75; 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 1000; 1200; 1500

Иногда бывает рациональнее использовать два и более конденсатора, чтобы получить нужную емкость. При этом они могут быть соединены последовательно или параллельно. При параллельном соединении результирующая емкость будет складываться, при последовательном она будет меньше емкости любого из конденсаторов. Для расчета данного соединения мы также подготовили для вас специальный калькулятор.

Установление выводов обмоток

Первым делом необходимо разделить выводы обмоток попарно. У каждой пары должны быть концы, соответствующие обмотке. Для этого потребуется тестер или индикатор напряжения. При использовании тестера устанавливают флажок переключателя на измерение сопротивления (обозначается греческой буквой Ω «омега»). Если используется индикатор напряжения, перед началом работы нужно дотронуться к токоведущим частям на несколько секунд, чтобы зарядить и протестировать прибор.

После этого берется один из выводов обмотки, который будет условно принят началом первой обмотки, и маркируется «U1». Далее необходимо коснуться одним измерительным стержнем тестера или измерителя напряжения вывода «U1», а другим — любого из оставшихся выводов.

Если после этого значения тестера или индикатора остались неизменными, этот конец оставляют, а вторым измерительным стержнем касаются другого вывода остальных четырех проводов, перебирая до того момента, пока показатели измерительных приборов не изменятся. Отыскав таким способом второй вывод обмотки, его принимают за конец первой обмотки и маркируют «U2». Аналогичным способом поступают с другими четырьмя проводами.

Схема подключения «Треугольник»

Само подключение является относительно легким, происходит присоединения токопроводящего провода к пусковому конденсатору и к клеммам двигателя (или мотора). То есть если более упрощенно взять есть мотор в нем находятся три токопроводящие клеммы. 1 – ноль, 2 – рабочая, 3 –фаза.

Провод питания заголяется и в нем есть два основных провода в синей и коричневой обмотке, коричневая присоединяется к 1 клемме, ней же присоединяется и один из проводов конденсатора, ко второй рабочей клемме происходит присоединение второго провода конденсатора, ну а к фазе подключается синий провод питания.

Если мощность двигателя является маленькой, до полтора кВт, о в принципе можно использовать только один конденсатор. Но при работе с нагрузками и с большими мощностями обязательное использование двух конденсаторов, они между собой последовательно соединены, но между ними установлен пусковой механизм, в народе называемый «тепловой», который отключает конденсатор при достижении необходимого объёма.

Нужно понять – сама обмотка двигателя уже имеет подключение по схеме «звезда», но электрики ее с помощью проводов превращают в «треугольник». Тут главное распределить провода, которые входят в распределительную коробку.

Схема подключения “Треугольник” и “Звезда”

Подбор конденсатора для трехфазного двигателя

Подбор емкости рабочего конденсатора для трехфазного двигателя осуществляется по следующей формуле: Сраб.=k*Iф / U сети.

  • k — это коэффициент, значение которого зависит от схемы подключения трехфазного электродвигателя. 4800 по схеме «треугольник» и 2800 по схеме «звезда»;
  • — обозначает номинальный ток статора. Узнать номинальный ток статора можно на корпусе электродвигателя или посредством специальных клещей;
  • U сети — сетевое напряжение 220 вольт.

Зная все вышеперечисленные параметры можно точно рассчитать емкость рабочего конденсатора в мкФ для электродвигателя. Есть и более простой способ расчёта емкости конденсаторов. Здесь действует правило: на 100 Вт мощности двигателя, берётся примерно 7 мкФ конденсаторной емкости.

Совсем по-другому обстоят дела с подбором пускового конденсатора в электродвигатель. Пусковой конденсатор работает очень непродолжительное время, всего лишь около 3 сек. в момент пуска двигателя. Основной задачей пускового конденсатора, является вывести ротор на номинальный уровень частоты вращения.

Подбирается пусковой конденсатор исходя из следующих параметров:

  • Емкость пускового конденсатора должна быть в 2,5-3 раза больше, чем емкость рабочего конденсатора;
  • Рабочее напряжение пускового конденсатора должно превышать сетевое, не менее чем в 1,5 раз.

Таким образом, зная все вышеперечисленные параметры, не составит особого труда подобрать рабочий и пусковой конденсатор для электродвигателя.

Реверс направления движения двигателя

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