При подключении асинхронного трехфазного электродвигателя на 380 В в однофазную сеть на 220 В необходимо рассчитать емкость фазосдвигающего конденсатора, точнее двух конденсаторов - рабочего и пускового конденсатора. Онлайн калькулятор для расчета емкости конденсатора для трехфазного двигателя в конце статьи.
Как подключить асинхронный двигатель?
Подключение асинхронного двигателя осуществляется по двум схемам: треугольник (эффективнее для 220 В) и звезда (эффективнее для 380 В).
На картинке внизу статьи вы увидите обе эти схемы подключения. Здесь, я думаю, описывать подключение не стоит, т.к. это описано уже тысячу раз в Интернете.
Во основном, у многих возникает вопрос, какие нужны емкости рабочего и пускового конденсаторов.
Пусковой конденсатор
Ознакомьтесь также с этими статьями
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.
Как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя?
Конденсатор используется неполярный, на напряжение не менее 400 В. Либо современный, специально на это рассчитанный (3-й рисунок), либо советский типа МБГЧ, МБГО и т.п. (рис.4).
Итак, для расчета емкостей пускового и рабочего конденсаторов для асинхронного электродвигателя введите данные в форму ниже, эти данные вы найдете на шильдике электродвигателя, если данные неизвестны, то для расчета конденсатора можно использовать средние данные, которые подставлены в форму по умолчанию, но мощность электродвигателя нужно указать обязательно.
Онлайн калькулятор расчета емкости конденсатора
Расчет емкости конденсатора22:
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.
Для запуска и работы асинхронных двигателей в однофазной цепи переменного тока используют конденсаторы:
- Пусковые.
- Рабочие.
Пусковой конденсатор предназначен для кратковременной работы – запуск двигателя. После выхода двигателя на рабочую частоту и мощность пусковой конденсатор отключают. Далее работа происходит без участия данного элемента. Это необходимо для определенных двигателей, схема работы которого предусматривает режим запуска, а так же для обычных двигателей, у которых в момент запуска присутствует нагрузка на валу, препятствующая свободному вращению ротора.
Для запуска двигателя используют кнопку Кн1 , которая коммутирует пусковой конденсатор С1 на время, необходимое для выхода электродвигателя на необходимую мощность и обороты. После этого конденсатор С1 отключают и мотор работает за счет сдвига фаз в рабочих обмотках. Рабочее напряжение такого конденсатора необходимо выбирать с учетом коофициента 1,15, т.е. для сети 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть 220*1,15= 250 В. Емкость пускового конденсатора можно рассчитать по исходным параметрам электродвигателя.
Рабочий конденсатор подключен к цепи все время и выполняет функцию фазосдвигающей цепи для обмоток электродвигателя. Для уверенной работы такого двигателя необходимо рассчитать параметры рабочего конденсатора. В связи с тем, что конденсатор и обмотка электродвигателя создают колебательный контур, в момент перехода из одной фазы цикла в другую на конденсаторе возникает повышенное напряжение, превышающее напряжение питания.
Под действием этого напряжения конденсатор находится постоянно и при выборе его номинала необходимо учесть этот фактор. В расчетах напряжения рабочего конденсатора берут коофициент 2,5-3. Для сети 220 В напряжение рабочего конденсатора должно быть 550-600 В . Это обеспечит необходимый запас по напряжению в процессе работы.
При определении емкости этого элемента в расчет берут мощность двигателя и схему соединения обмоток.
Различают два вида соединения обмоток трехфазного двигателя:
- Треугольник.
- Звезда.
Для каждого из этих способов соединения свой расчет.
Треугольник: Ср=4800*Ip/Up .
Пример: для двигателя мощностью 1 кВт – ток составляет примерно 5А, напряжение 220 В. Ср = 4800*5/220. Емкость рабочего конденсатора составит 109 мФ. Округлить до ближайшего целого – 110 мФ.
Звезда: Ср=2800*Ip/Up .
Пример: двигатель 1000 Вт – ток составляет примерно 5 А, напряжение 220 В. Ср=2800*5/220. Емкость рабочего конденсатора составит 63,6 мФ. Округлить до ближайшего целого – 65 мФ .
Из расчетов видно, что способ соединения обмоток очень сильно влияет на величину рабочего конденсатора.
Сравнение рабочего и пускового конденсатора
Сравнительная таблица применения конденсаторов для асинхронных двигателей, включенных на напряжение 220 В.
| РАБОЧИЙ | ПУСКОВОЙ | |
| Где применяется | В цепи рабочих обмоток асинхронного двигателя | В пусковой цепи |
| Выполняемые функции | Создание вращающегося электромагнитного поля для работы электромотора | Сдвиг фаз между пусковой и рабочей обмоткой, запуск двигателя под нагрузкой |
| Время работы | От включения до окончания работы | Во время запуска до выхода на нужный режим. |
| Тип конденсатора | МБГО, МБГЧ и подобные нужного номинала и напряжения 1,15 выше питающего | МБГО, МБГЧ и подобные нужного номинала и на рабочее напряжение в 2-3 раза превышающее напряжение питания |
В связи с тем, что указанные типы конденсаторов имеют относительно большие габариты и стоимость, в качестве рабочего и пускового конденсатора можно использовать полярные (оксидные) конденсаторы.
Они обладают следующим достоинством: при малых габаритах они имеют намного большую емкость, чем бумажные.
Наряду с этим существует весомый недостаток: включать в сеть переменного тока напрямую их нельзя. Для использования совместно с двигателем, нужно применить полупроводниковые диоды. Схема включения несложная, но в ней есть недостаток: диоды должны быть подобраны в соответствии с токами нагрузки. При больших токах диоды необходимо устанавливать на радиаторы. Если расчет будет неверным, или теплоотвод меньшей площади, чем требуется, диод может выйти из строя и пропустит в цепь переменное напряжение. Полярные конденсаторы рассчитаны на постоянное напряжение и при попадании на них напряжения переменного они перегреваются, электролит внутри них закипает и они выходят из строя, что может принести вред не только электромотору, но и человеку, обслуживающему данное устройство.
Напряжение 220 В – является напряжением опасным для жизни. В целях соблюдения правил безопасной эксплуатации электроустановок потребителей, сохранения жизни и здоровья лиц, эксплуатирующих данные устройства, применение данных схем включения должен проводить специалист.
Двигатели, которые называют однофазными, имеют на статоре, как правило, две обмотки. Одна из них называется главной или рабочей, другая - вспомогательной или пусковой. Необходимость иметь две пространственно сдвинутые обмотки, пи-таемые сдвинутыми на 90 электрических градусов токами для получения пускового момента.
Двигатели называют однофазными, поскольку они изначально предназначены для питания от однофазной переменного тока.
Сдвиг токов во времени обеспечивают включением во вспомогательную фазу фазосдвигающего элемента - резистора или электрического конденсатора .
В двигателях с пусковым резистором (часто пусковая фаза выполняется с повышенным сопротивлением) магнитное поле эллиптическое; в двигателях с пусковым электрическим конденсатором поле ближе к круговому. Вспомогательная обмотка после разгона двигателя отключается и двигатель работает как однофазный однообмоточный. Его результирующее поле резко эллиптическое. По этой причине однофазные двигатели имеют низкие энергетические показатели и малую перегрузочную способность.
В двигателях с постоянно включенным конденсатором емкость последнего выбирается, как правило, из условий обес¬печения кругового поля в номинальном режиме. При этом магнитное поле при пуске далеко от кругового и пусковой момент поэтому невелик. Для улучшения пусковых свойств параллельно рабочему конденсатору на пуска подключается пусковой элетрический конденсатор.
В электроприводах с легкими условиями пуска часто применяются однофазные АД с экранированными полюсами. В таких двигателях роль вспомогательной фазы играют разме¬щаемые на явновыраженных полюсах статора короткозамкну- тые витки. Поскольку пространственный угол между осями главной фазы (обмотки возбуждения) и витка много меньше 90°, поле в таком двигателе резко эллиптическое. Поэтому пусковые и рабочие свойства двигателей с экранированными полюсами невысоки.
Используются однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором: с повышенным сопротивлением пус-ковой фазы, с пусковым конденсатором, с рабочим конденса¬тором, с тем и другим, а также двигатели с экранированными полюсами.
Основные технические данные однофазных АД на напряжение 220 В: к, - кратность пускового тока; кп - кратность пускового момента; км - кратность максимального момента или перегрузочная способность двигателя.
Основные параметры электрических конденсаторов
Конденсатор является обладающим электрической емкостью концентратором энергии электрического поля и состоит из разделенных диэлектриком проводящих электродов - обкладок с выводами для присоединения к электрической цепи.
Емкость конденсатора есть отношение величины заряда конденсатора к разности потенциалов на его обкладках, кото¬рую сообщают конденсатору:
За еДиницу емкости в международной системе СИ принимают фараду (Ф) - емкость такого конденсатора, у кото¬рого потенциал возрастает на один вольт (В) при сообщении ему заряда в один кулон (Кл). Это очень большая величина, поэтому для практических целей используют более мелкие еди¬ницы емкости: микрофараду (мкФ), нанофараду (нф) и пикофа- раду (пФ):
1 ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ.
Емкость конденсатора зависит от площади обкладки конденсатора S, толщины слоя разделяющего их диэлектрика d и электрических свойств диэлектрика, характеризуемых диэлектрической проницаемостью е:
Номинальной называют емкость конденсатора, обозначен¬ную на его корпусе. Номинальные значения емкости стандартизованы.
МЭК (Публикация № 63) установлено семь предпочтительных рядов для значений номинальной емкости: ЕЗ; Е6; Е12; Е24; Е48; Е96; Е192. Цифры после буквы Е указывают на число номинальных значений в каждом десятичном интервале (дека¬де), которые соответствуют числам 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8 или числам, полученным путем умножения или деления на 10″, где п - целое положительное или отрицательное число. В условном обозначении номинальная емкость выражена в микрофа¬радах (мкФ) или в пикофарадах (пФ).
Для обозначения номинальных емкостей применяется система кодирования. Она состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква кода из русского или латинского алфавитов обозначает множитель, состав¬ляющий значение емкости, и определяет положение запятой. Буквы П(р), Н(п), М(м), И(1), Ф(Р) обозначают множители 10~12, Ю-9, 10~6, Ю-3 и 1 соответственно для значений емкости, выра¬женной в фарадах.
Например, емкость 2,2 пФ обозначается 2П2 (2р2); 1500 пФ - 1Н5 (1п5); 0,1 мкФ - М1 (м1); 10 мкФ - ЮМ (Юм); 1 фара¬да — 1Ф0 (1F0).
Фактическое значение емкости может отличаться от номи-нального на величину допускаемого отклонения в процентах. Допускаемые отклонения изменяются в зависимости от типа и точности конденсатора в весьма широких пределах от ±0,1 до +80%.
Номинальным называют напряжение, указанное на конденсаторе или в документации на него, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинальное. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры (обычно 70…85 °С) допустимое напряжение снижается. Номинальные напряжения конденсаторов устанавливаются в соответствии с рядом (ГОСТ 9665-77): 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350; 400; 450; 500; 630; 800; 1000; 1600; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000 В.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) определя¬ет относительное изменение емкости (в миллионных долях) от температуры при изменении ее на 1 °С.
Тангенс угла потерь (tg8) характеризует потери электри-ческой энергии в конденсаторе. Значения тангенса угла потерь у полистирольных и фторопластовых конденсаторов находятся в пределах (Ю…15)10~4, поликарбонатных (15…25)Ю~4, оксид¬ных 5…35%, полиэтилентерефталатных 0,01…0,012. Величина, обратная тангенсу угла потерь, называется добротностью кон-денсатора.
Сопротивление изоляции и ток утечки. Эти параметры характеризуют качество диэлектрика и используются при рас¬четах высокоомных, времязадающих и слаботочных цепей. Наиболее высокое сопротивление изоляции у фторопластовых, по- листирольных и полипропиленовых конденсаторов, несколько ниже у высокочастотных керамических, поликарбонатных и лавсановых конденсаторов.
Для маркировки конденсаторов постоянной емкости применяют букву К (конденсатор постоянной емкости) и цифры, определяющие вид диэлектрика.
При подключении асинхронного электродвигателя в однофазную сеть 220/230 В необходимо обеспечить сдвиг фаз на обмотках статора, чтобы сделать имитацию вращающегося магнитного поля (ВМП), которое заставляет вращаться вал ротора двигателя при подключению его в «родные» трехфазные сети переменного тока. Известная многим, кто знаком с электротехникой, способность конденсатора давать электрическому току «фору» на π/2=90° по сравнению с напряжением, оказывает хорошую услугу, так как это создает необходимый момент, заставляющий вращаться ротор в уже «не родных» сетях.
Но конденсатор для этих целей необходимо подбирать, причем нужно делать с высокой точностью. Именно поэтому читателям нашего портала предоставляется в абсолютное безвозмездное пользование калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора. После калькулятора будут даны необходимые разъяснения по всем его пунктам.
Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов
Есть 2 типа однофазных асинхронных двигателей - бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Их различие в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством - центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это нужно потому, что после разгона она снижает КПД.
В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки - основная и вспомогательная, они смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.
Схема подключения однофазного двигателя через конденсатор
При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть несколько вариантов схем подключения. Без конденсаторов электромотор гудит, но не запускается.
- 1 схема - с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки - хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже.
- 3 схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском, а с рабочим конденсором - если нужны хорошие рабочие характеристики.
- 2 схема — подключения однофазного двигателя - установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и используется чаще всего. Она на втором рисунке. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.
Схема подключения трёхфазного двигателя через конденсатор
Здесь напряжение 220 вольт распределяется на 2 последовательно соединенные обмотки, где каждая рассчитана на такое напряжение. Поэтому теряется мощность почти в два раза, но использовать такой двигатель можно во многих маломощных устройствах.
Максимальной мощности двигателя на 380 В в сети 220 В можно достичь используя соединение типа треугольник. Кроме минимальных потерь по мощности, неизменным остается и число оборотов двигателя. Здесь каждая обмотка используется на свое рабочее напряжение, отсюда и мощность.
Важно помнить: трехфазные электродвигатели обладают более высокой эффективностью, чем однофазные на 220 В . Поэтому если есть ввод на 380 В — обязательно подключайте к нему — это обеспечит более стабильную и экономичную работу устройств. Для пуска мотора не понадобятся различные пусковики и обмотки, потому что вращающееся магнитное поле возникает в статоре сразу после подключения к сети 380 В.
Онлайн расчет емкости конденсатора мотора
Есть специальная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись онлайн калькулятором или рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:
Рабочий конденсатор берут из расчета 0,8 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
Пусковой подбирается в 2-3 раза больше.
Конденсаторы должны быть неполярными, то есть не электролитическими. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть минимум в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 В берем емкости с рабочим напряжением 350 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, в пусковую цепь ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting.
Пусковые конденсаторы для моторов
Эти конденсаторы можно подбирать методом от меньшего к большему. Так подобрав среднюю емкость, можно постепенно добавлять и следить за режимом работы двигателя, чтобы он не перегревался и имел достаточно мощности на валу. Также и пусковой конденсатор подбирают добавляя, пока он не будет запускаться плавно без задержек.
При нормальной работе трехфазных асинхронных электродвигателей с конденсаторным пуском, включенных в однофазную сеть предполагается изменение (уменьшение) емкости конденсатора с увеличением частоты вращения вала. В момент пуска асинхронных двигателей (особенно, с нагрузкой на валу) в сети 220 В требуется повышенная емкость фазосдвигающего конденсатора.
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».