Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 0

Расчет емкости конденсатора для трехфазного двигателя

Физика ёмкостных характеристик

Устройства, обладающие способностью хранения энергии в форме электрического заряда и производящие при этом разность потенциалов, называют конденсаторами. В простейшем виде они состоят из двух или более параллельных проводящих пластин, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга, но электрически разделённых либо воздухом, либо каким-либо другим изоляционным материалом, например, вощёной бумагой, слюдой, керамикой, пластмассой или специальным гелем.

Если подключить к пластинам источник напряжения, то одна из них получит избыток электронов, а на другой сформируется их дефицит. Ионы и электроны на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, но благодаря диэлектрическому барьеру они не соединяются, а накапливаются на плоскостях проводников. В результате первая пластина (электрод) окажется заряженной отрицательно, а вторая — положительно. Неподвижные заряды создают постоянное электрическое поле, теоретически сохраняемое неограниченное количество времени в незамкнутой электрической цепи.

Поток электронов на пластины называется зарядным током, продолжающим присутствовать до тех пор, пока напряжение на пластинах не сравняется с приложенным. В этот момент конденсатор считается полностью заряженным, то есть зарядов на пластинах становится так много, что они отталкивают вновь поступающие. При подключении к заряженному устройству нагрузки электроны и ионы находят новый путь друг к другу. В этом случае конденсатор работает как источник тока до момента потери разности потенциалов на электродах.

Способность конденсатора хранить заряд Q (измеряется в кулонах) называют ёмкостью. Чем больше площадь пластин и меньше расстояние между ними (благодаря усилению эффекта притяжения зарядов между обкладками), тем большая ёмкость устройства. Степень приближения пластин ограничивается способностью диэлектрика сопротивляться разрядке пробоем между ними. Таким образом, три характеристики определяют производительность конденсатора:

  • геометрия пластин;
  • расстояние между ними;
  • диэлектрический материал между пластинами.

Емкость конденсатора

Как мы уже видели, изолированный проводник может накапливать электрический заряд. Однако на практике мы используем устройства, называемые конденсаторами, для хранения нагрузки. Конденсатор представляет собой систему из двух произвольно изолированных проводников, зарядка конденсатора состоит не в отдельной зарядке каждого из проводников, а в переносе заряда (одинакового на обоих проводниках, но с противоположными знаками) от одного проводника к другому.

Мы определяем электрическую емкость C конденсатора точно так же, как емкость изолированного проводника.

Конденсаторы очень часто используются в технике. Они обычно строятся как система из двух поверхностей с разной изолированной поверхностью, которые обычно располагаются параллельно друг другу. Как будет видно далее, емкость такого конденсатора пропорциональна размеру поверхности пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Таким образом, конденсатор большой емкости имеет большие поверхностные панели, которые расположены как можно ближе друг к другу. Простейшим таким конденсатором является плоский конденсатор, схематически показанный на рисунке ниже.

Пример двух конденсаторов, соединенных вместе, как показано на рисунке ниже (параллельно), может служить иллюстрацией постоянства заряда на крышках конденсаторов, не подключенных к источнику напряжения. Первоначально система нагрузки , которая охватывает один конденсатор заряда Q1 и на крышке второго заряда Q2. Потенциал, на котором расположены верхние крышки, одинаков для обоих (крышки связаны с лампочкой). Когда мы начнем изменять расстояния между крышками одного из конденсаторов, то мы изменим его емкость — чем меньше зазор между крышками, тем больше емкость конденсатора. Поскольку общий заряд обоих конденсаторов неизменен, это изменение емкости вызовет перенос заряда между конденсаторами. Если конденсаторы заряжены достаточно большим зарядом, лампочка может светиться во время потока между крышками, образующими верхнюю пару. Энергия, необходимая для освещения лампы, исходит от работы, которую мы выполняем при перемещении крышки (верхняя и нижняя крышки заряжены противоположными знаками и поэтому притягиваются).

https://youtube.com/watch?v=8F_dD4mxjRI

Расчет емкости

  • Для подключения звездой используют формулу Сраб.=2800х(I/U), а для подключения треугольником – Сраб.=4800х(I/U), где Сраб. – это емкость рабочего конденсатора в мкФ, I – потребляемый мотором ток (по паспорту), U – напряжение сети, равное 220 вольтам. Емкость пусковых конденсаторов, обычно превышающую емкость рабочих конденсаторов вдвое-втрое, подбирают экспериментальным путем.
  • Расчет надо составлять на номинальную мощность, поскольку при работе в половину силы электромотор будет нагреваться. Для уменьшения тока в обмотке необходимо уменьшить емкость рабочего конденсатора. Если емкости не хватает до необходимой, электродвигатель будет развивать низкую мощность.
  • Лучше всего начинать подбор конденсатора для трехфазного электродвигателя с наименьшего допустимого значения емкости, и постепенно увеличивать показатель до оптимальной величины.
  • При долгой работе без нагрузки электромотор, переделанный с 380В на 220В, сгорит.
  • После отключения агрегата на выводах конденсаторов долго сохраняется напряжение опасной величины, поэтому их надо ограждать во избежание случайного прикосновения.
  • Необходимо разряжать конденсаторы каждый раз перед началом их эксплуатации.
  • Трехфазный электромотор мощностью свыше 3кВт нельзя подключать к домашней электросети на 220 вольт, потому что при неправильно подобранной защите будет плавиться изоляция проводов и выбиваться пробки, в худшем случае возможно возгорание.

При соблюдении вышеперечисленных правил и рекомендаций подключение трехфазного электродвигателя к бытовой сети не представляет сложности. Не следует только забывать о технике безопасности.

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.

Блиц-советы

Самой важное при «звездном» подключении определить путь обмотки, потому что если не угадали хоть одну пару обмоток и, допустим начало-конец, начало-конец, конец-начало, то работа будет плохой и это будет сразу же видно, есть также возможность спалить двигатель в этом случае.

Не во всех двигателях есть маркировка клемм, чаще всего помечена «масса», остальные нужно «прозванивать» с помощью мультиметра, либо же читать инструкцию, зачастую производители указывают данную информацию там.

Все зависит от напряжения сети в которую будет включен двигатель; если сеть 220 В, то нужно использовать схему – треугольник, а вот для 380 В в ходу будет – звезда.

При подключении к сети в 660 В некоторые используют метод комбинированного запуска. То есть запуск происходит на «треугольнике», а при достижении необходимой мощности идет переход на звезду

Но это все-таки рискованный случай, может произойти сгорание обмоток. Лучше использовать специализированные двигатели, которые работают при заданном напряжении.

Для того чтоб изменить направление вращения ротора в статоре нужно подсоединить конденсатор не к нулю, а к фазе. Это также является маячком при неправильном подключении.

Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей

Перед тем, как подключать трехфазный электродвигатель в однофазную сеть убедитесь, что его обмотки соединены «треугольником» см. При этом частота вращения двигателя практически не отличается от его частоты при работе в трёхфазном режиме. На рисунке показаны клеммные колодки электродвигателей и соответствующие им схемы соединения обмоток. Эти пучки проводов представляют собой «начала» и «концы» обмоток двигателя. При включении трёхфазного электродвигателя в однофазную сеть, в схему «треугольник» добавляются пусковой конденсатор Сп, который используется кратковременно только для запуска и рабочий конденсатор Ср. В качестве кнопки SB для запуска эл.

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.

На нашем сайте собрано более бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике. Не можете решить контрольную?! Мы поможем! Более 20 авторов выполнят вашу работу от руб!

Конденсатор — электронный компонент, предназначенный для накопления электрической энергии. По характеру работы он относится к пассивным элементам. В зависимости от режима работы, в которой работает элемент, различают конденсаторы постоянной емкости и переменной как вариант — подстроечные. По виду рабочего напряжения: полярные — для работы при определенной полярности подключения, неполярные — могут использоваться как в цепи переменного, так и постоянного тока. При параллельном соединении результирующая емкость суммируется

Это важно знать при подборе необходимой емкости для электрической цепи. Пусковой конденсатор предназначен для кратковременной работы — запуск двигателя

Конденсатор представляет собой пассивный электронный компонент, который имеет два полюса с определенным или переменным значением емкости. Еще он обладает малой проводимостью

Важно разобраться, для чего нужно конденсатор в электродвигателе и автомобиле , поскольку согласно информации, представленной на форумах, у многих людей неправильное представление по этому поводу, и они просто недооценивают значимость этого устройства

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:

  1. Тип соединения обмоток двигателя: треугольник или звезда. От типа соединения зависит также и емкость.
  2. Мощность двигателя является одним из определяющих факторов. Этот показатель измеряется в Ваттах.
  3. Напряжение сети учитывается при расчетах. Как правило, оно может быть 220 или 380 Вольт.
  4. Коэффициент мощности – постоянное значение, которое зачастую составляет 0,9. Однако, есть возможность изменить этот показатель при расчете.
  5. КПД электродвигателя также оказывает влияние на проводимые расчеты. Эту информацию, как и другую, можно узнать, изучив нанесенную информацию производителем. Если ее нет, следует ввести модель двигателя в интернете для поиска информации о том, какой КПД. Также, можно ввести приблизительное значение, которое свойственно для подобных моделей. Стоит помнить, что КПД может изменяться в зависимости от состояния электродвигателя.

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:

  1. Для типа соединения обмоток «звезда», определение емкости проводится при использовании следующей формулы: Cр=2800*I/U. В случае соединения обмоток «треугольником», используется формула Cр=4800*I/U. Как видно из вышеприведенной информации, тип соединения является определяющим фактором.
  2. Вышеприведенные формулы определяют необходимость расчета величины тока, который проходит в системе. Для этого используется формула: I=P/1,73Uηcosφ. Для расчета понадобятся показатели работы двигателя.
  3. После вычисления тока можно найти показатель емкости рабочего конденсатора.
  4. Пусковой, как ранее было отмечено, в 2 или 3 раза должен превосходить по показателю емкости рабочий.

При выборе, стоит также учесть нижеприведенные нюансы:

  1. Интервал рабочей температуры.
  2. Возможное отклонение от расчетной емкости.
  3. Сопротивление изоляции.
  4. Тангенс угла потерь.

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:

  1. Увеличение емкости приводит к увеличению диаметрального размера и расстояния выхода.
  2. Наиболее распространенный максимальный диаметр 50 миллиметров при емкости 400 мкФ. При этом, высота составляет 100 миллиметров.

Однофазный двигатель с ассиметричным магнитопроводом статора

Особенность конструкции заключается в наличии явно выраженных полюсов, расположенных на несимметричном сердечнике, изготовленным шихтованным способом. Конструкция ротора короткозамкнутая, тип обмотки – «беличья клетка». В конструкции такого двигателя характерно отсутствие элементов для сдвига по фазе. Улучшение пусковой характеристики достигается добавление в конструкцию магнитных шунтов.

Недостатки этих машин
:

  1. Малый КПД.
  2. Невозможность реверсирования.
  3. Невысокий пусковой момент.
  4. Сложность операций по изготовлению магнитных шунтов.

Несмотря на наличие недостатков, однофазные асинхронные машины широко используются для конструирования бытовой техники, причина в невысокой мощности бытовой электрической сети, которой соответствует мощность однофазных асинхронных двигателей.

Однофазный двигатель может быть коллекторным или с короткозамкнутым ротором. С коллекторным двигателем все достаточно просто: два выходящих из корпуса двигателя проводочка воткнули в розетку — подключение состоялось. С подключением однофазного двигателя с короткозамкнутым ротором придется повозиться. Все дело в определении выводов.
Параллельно рабочей обмотке (РО)
в однофазном двигателе подключается пусковая (ПО)
для создания хоть какого-то вращающегося магнитного поля.Однофазный двигатель с четырьмя выводами
имеет ПО постоянного подключения. Она действует в паре с основной, не отключаясь, только подключение делается через (Рис.а). Схема подключения такого однофазного двигателя очень удобна, так как все проводочки легко доступны, их можно с помощью переключателя менять местами для выполнения (Рис.а1). Определяются они без особого труда: вызвонить омметром и найти прозванивающиеся пары.
Например, омметр определил замкнутую цепь первого вывода со вторым, а третьего — с четвертым. Значит, 1 и 2 — одна обмотка, 3 и 4 — другая. Четвертый провод соединяем со вторым (или первый с третьим, все равно) — это общий. не имеют значения. Далее все подключение по рисунку а или а1.
Немного сложнее разобраться с двигателем с тремя выходящими жилами
. В таких случаях ПО подключается кратковременно: двигатель раскрутился, и она отключается, иначе сгорит. Как происходит подобная коммутация?
Для этого придумали пуско-защитное реле
. Функция его заключается не только в подключении ПО, но и для создания ее оптимального времени отключения.
Во время запуска через электромагнитную катушку
проходит большой ток. В этот момент ее сердечник втягивается и воздействует на контакт, управляющий ПО (Рис, 1 и 2). После запуска ток падает, отпускается сердечник, пусковая цепь разрывается.При межвитковом замыкании
в рабочей обмотке ток постоянно высокий, ПО остается в работе, двигатель задымился. Для защиты вмонтировано тепловое реле с биметаллической пластиной, отключающее Х3 от сети.
Если двигатель в течение короткого времени то включится, то отключится, значит, срабатывает тепловая защита

Причина или в межвитковом замыкании, или в пониженном (повышенном) напряжении сети.
Обратите внимание на странный, на первый взгляд, рисунок 3. Это крышка от пуско-защитного аппарата, на которой указана маркировка подключаемых к нему проводов и обозначена стрелка

С маркировкой все понятно — концы не перепутать при подключении. А вот стрелка указывает на положение релюшки в пространстве
: она всегда должна быть обращена вверх. Будучи еще начинающим электриком, я ремонтировал стиральную машину. Перевернул ее вверх дном. Оказалось, всего-то надо ремень заменить. Заменил, попробовал включить — заработала… и задымилась, двигатель сгорел.
Уже спустя некоторое время узнал, что на перевернутой релюшке контакт остается замкнутым, тогда как в нормальном положении под силой тяжести после отключения катушки он отпадает вниз. А у меня как раз в перевернутой машине оказался внизу. Просто надо было для пробного включения перевернуть аппарат, чтобы стрелка вновь показывала наверх.
Как же выполняется подключение однофазного двигателя с неизвестными тремя проводами
? Сопротивление ПО (Х1-Х3) в несколько раз больше сопротивления РО (Х2-Х3). Х3 выходит от места соединения ПО и РО (см. Рис. б).
Сначала промаркируем жилы, чтоб не запутаться (те же Х1, Х2 и Х3). Замеряем сопротивление, например, между Х1 и Х2, получилось, скажем, 60 Ом. Замерили Х1-Х3 — 45 Ом. Между Х2 и Х3 — только 15. Все это записали.
Смотрим самое большое (60) — общее всех обмоток. 15 — рабочая обмотка, 45 — пусковая. Находим тот проводок, с которым остальные два показывают 15 и 45 Ом. Это будет наш Х3.
Можно открыть крышку двигателя и визуально определить ПО: она намотана более тонким сечением.
Вот, пожалуй, и все!

Однофазный асинхронный двигатель

Можно еще упросить трехфазный асинхронный двигатель .

Оставим на статоре всего одну обмотку и подадим туда однофазный электрический ток. У нас получился однофазный асинхронный двигатель. В этом двигателе поле статора неподвижно — в этом принципиальное отличие однофазного двигателя от многофазного. Тем не менее такой двигатель работает.

Однофазный двигатель не может стартовать самостоятельно. Ничего особенного в этом нет. Привычный нам двигатель внутреннего сгорания тоже надо сначала раскрутить. В автомобиле мы пользуемся дополнительным электродвигателем — стартером, а в бензопиле делаем это вручную, дергая пусковой шнур.

Если однофазный двигатель подтолкнуть, причем в любую сторону, он разгонится и будет поддерживать вращение в заданном направлении.

Ели ротору придать вращение в определенном направлении, он будет двигаться попутно с одним полем и навстречу другому.

Если вал раскрутить внешней силой в каком-то направлении, то один мотор, запущенный в попутном направлении, окажется в двигательном режиме, а другой — в генераторном. Механическая характеристика показывает, что крутящий момент в двигательном режиме больше, чем в генераторном, поэтому попутный мотор перетягивает.

Пуск

Для запуска однофазного электромотора на его статоре наматывают дополнительную пусковую обмотку перпендикулярно основной и подают в нее ток со сдвигом по фазе. Для сдвига фазы последовательно с обмоткой включают фазосдвигающий элемент. В качестве фазосдвигающего элемента можно использовать резистор, дроссель или конденсатор. В любом случае полное комплексное сопротивление в цепях основной и пусковой обмоток будет разным, и токи получат фазовый сдвиг.

Чаще всего для сдвига фаз используют конденсатор.

Скорость вращения

В сетях наших энергоснабжающих компаний используется переменное напряжение 220/380 с частотой 50 Гц. Причем частота переменного тока 50 Гц поддерживается с точностью до 2 процентов. Как нам уже известно, ротор синхронного электромотора вращается с частотой переменного тока. То есть при частоте питающей сети 50 Гц ротор совершает 50 оборотов в секунду или 3000 оборотов в минуту. Обмотку статора можно разделить на секции и сделать мотор многополюсным. В многополюсном моторе скорость понижается с ростом числа полюсов и в общем случае равна 3000/ p оборотов, где p — это число полюсов.

Таким образом скорость вращения сетевого электромотора в нашей стране не может быть выше 3000 оборотов в минуту. В странах, где принята частота сети в 60 Гц, например, в США, электромоторы крутятся с максимальной скоростью в 3600 оборотов в минуту. И здесь мы снова отстаем от Америки.

В асинхронном режиме величина скольжения зависит от нагрузки. Таким образом, при увеличении нагрузки скорость асинхронного электромотора падает.

Схемы подключения

Пусковая обмотка, включенная со сдвигом по фазе, поворачивает магнитное поле и превращает на время запуска однофазный электродвигатель в двухфазный.

Дополнительная обмотка не рассчитана на длительную работу и после выхода на рабочий режим должна быть отключена. Отключение производится либо вручную кнопкой, либо центробежным выключателем, либо тепловым реле по нагреву пусковой обмотки.

В однофазном двигателе в рабочем режиме магнитное поле статора неподвижно. В этом его главное отличие от многофазного.

В однофазную сеть можно подключить и трехфазный мотор, если одну из фазных обмоток подключить через конденсатор. Так что, если в вашем распоряжении вдруг оказался промышленный трехфазный электромотор, вы можете использовать его в однофазной домашней сети, хотя и с потерей мощности и более низким КПД.

Обзор моделей

Существует несколько популярных моделей, которые можно встретить в продаже.

Стоит отметить, что эти модели отличаются не по емкости, а по виду конструкции:

  1. Металлизированные полипропиленовые варианты исполнения марки СВВ-60. Стоимость подобного варианта исполнения около 300 рублей.
  2. Пленочные марки НТС стоят несколько дешевле. При одинаковой емкости, стоимость составляет около 200 рублей.
  3. Э92 – продукция отечественных производителей. Их стоимость небольшая – порядком 120-150 рублей при той же емкости.

Существуют и другие модели, зачастую они отличаются типом используемого диэлектрика и видом изоляционного материала.

Конденсатор представляет собой пассивный электронный компонент, который имеет два полюса с определенным или переменным значением емкости. Еще он обладает малой проводимостью

Важно разобраться, для чего нужно конденсатор в электродвигателе и автомобиле, поскольку согласно информации, представленной на форумах, у многих людей неправильное представление по этому поводу, и они просто недооценивают значимость этого устройства

Для чего нужен конденсатор?

Устройство используется во всех электрических и радиотехнических схемах. Для каких целей в схему включают конденсатор:

  1. Выступает в роли сопротивления, что позволяет использовать его в качестве фильтра, чтобы подавлять ВЧ и НЧ помехи.
  2. Применяют для фотовспышек и лазеров, а все благодаря способности устройства накапливать заряд и быстро разряжаться, создавая импульс.
  3. Помогает компенсировать реактивную энергию, что позволяет использовать его в промышленности.
  4. Благодаря умению накапливать и долгое время сохранять заряд конденсатор можно использовать для сохранения информации и для питания маломощных устройств.

Для чего нужен автомобильный конденсатор?

Это устройство может выполнять несколько функций в автомобиле. Например, их используют, чтобы создать высокие показатели напряженности во всей электрической системе в авто. Чаще всего конденсатор применяют для автомобильной акустики. Говоря о том, зачем нужен конденсатов в автозвуке, заметим, что его основное предназначение заключается в помощи усилителю быстро отдавать имеющуюся мощность на пиках низких частот.

Если в акустической системе конденсатор не используется, тогда звук баса не будет таким четким, а также может возникать просадка в питании всей электрической сети автомобиля. Подобные скачки напряжения в итоге могут привести к тому, что сабвуфер попросту сломается.

При выборе конденсатора для автомобиля руководствуйтесь таким правилом, что на 1 кВт мощности должно приходиться 1 Ф. Выбирайте качественный конденсаторы и лучше всего, если у них будет смеха управления зарядом.

Стоит также выяснить, как правильно установить конденсатор. Лучше всего делать это максимально близко к сабвуферному усилителю, поскольку именно на него приходится самая большая нагрузка. Расстояние не должно быть больше 60 см. Тип подключения – параллельное.

Зачем нужен конденсатор в электродвигателе?

Для правильной работы некоторых двигателей необходимо использовать пусковой и рабочий конденсаторы. Основное предназначение пускового конденсатора заключается в повышении пусковых характеристик двигателя. Это устройство помогает уменьшить время входа двигателя в его рабочий режим, одновременно увеличить крутящийся момент и облегчить процесс запуска двигателя.

Что касается рабочего конденсатора, то он вовлечен в работу на протяжении всего времени работы двигателя. Это устройство обеспечивает допустимый нормами нагрев обмоток, оптимальную нагрузочную способность и экономичность электрического двигателя. Еще он способствует максимальному крутящему моменту и увеличению срока службы двигателя.

Теперь следует выяснить, какой конденсатор нужен для двигателя. Емкость этого устройства обычно выбирается из расчета, что на 100 Вт должно приходиться 6,6 мФ. Порой данное значение является некорректным, поэтому лучше всего подбирать емкость путем экспериментов. Есть несколько способ подбора, но наиболее точные значения можно получить благодаря подключению двигателя через амперметр

Важно проконтролировать потребляемый ток при разных емкостях. Задача заключается в том, чтобы найти, при какой емкости значение тока на амперметре будет минимальным

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации