Расчет конденсатора для асинхронного двигателя: Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов

Свободные электрические колебания в параллельном контуре.

Основные свойства индуктивности:

– Ток, протекающий в катушке индуктивности, создаёт магнитное поле с энергией .
– Изменение тока в катушке вызывает изменение магнитного потока в её витках, создавая в них ЭДС, препятствующую изменению тока и магнитного потока.

Период свободных колебаний контура LC можно описать следующим образом:

Если конденсатор ёмкостью C заряжен до напряжения U, потенциальная энергия его заряда составит.
Если параллельно заряженному конденсатору подключить катушку индуктивности L, в цепи пойдёт ток его разряда, создавая магнитное поле в катушке.

Магнитный поток, увеличиваясь от нуля, создаст ЭДС в направлении противоположном току в катушке,
что будет препятствовать нарастанию тока в цепи, поэтому конденсатор разрядится не мгновенно, а через время t₁,
которое определяется индуктивностью катушки и ёмкостью конденсатора из расчёта t₁ = .

По истечении времени t₁, когда конденсатор разрядится до нуля, ток в катушке и магнитная энергия будут максимальны.
Накопленная катушкой магнитная энергия в этот момент составит.
В идеальном рассмотрении, при полном отсутствии потерь в контуре, E_C будет равна E_L.
Таким образом, электрическая энергия конденсатора перейдёт в магнитную энергию катушки.

Изменение (уменьшение) магнитного потока накопленной энергии катушки создаст в ней ЭДС,
которая продолжит ток в том же направлении и начнётся процесс заряда конденсатора
индукционным током. Уменьшаясь от максимума до нуля в течении времени t₂ = t₁,
он перезарядит конденсатор от нуля до максимального отрицательного значения (-U).
Так магнитная энергия катушки перейдёт в электрическую энергию конденсатора.

Описанные интервалы t₁ и t₂ составят половину периода полного колебания в контуре.

Во второй половине процессы аналогичны, только конденсатор будет разряжаться от отрицательного значения, а ток и магнитный поток сменят направление.
Магнитная энергия вновь будет накапливаться в катушке в течении времени t₃, сменив полярность полюсов.

В течении заключительного этапа колебания (t₄),
накопленная магнитная энергия катушки зарядит конденсатор до первоначального значения U
(в случае отсутствия потерь) и процесс колебания повторится.

В реальности, при наличии потерь энергии на активном сопротивлении проводников,
фазовых и магнитных потерь, колебания будут затухающими по амплитуде.
Время t₁ + t₂ + t₃ + t₄ составит период колебаний .
Частота свободных колебаний контура ƒ = 1 /

T

Частота свободных колебаний является частотой резонанса контура,
на которой реактивное сопротивление индуктивности X_L=2πfL равно реактивному сопротивлению ёмкости X_C=1/(2πfC).

Расчёт частоты резонанса

LC-контура:

Предлагается простой онлайн-калькулятор для расчёта резонансной частоты колебательного контура.

Необходимо вписать значения и кликнуть мышкой в таблице.
При переключении множителей автоматически происходит пересчёт результата.

Электроемкость. Конденсаторы. Энергия конденсатора. Соединение конденсаторов

Электрическая
ёмкость —
характеристика проводника, мера его
способности накапливать электрический
заряд.

В теории электрических цепей ёмкостью
называют взаимную ёмкость между двумя
проводниками; параметр ёмкостного
элемента электрической схемы,
представленного в виде двухполюсника.

Такая ёмкость определяется как отношение
величины электрического заряда к разности
потенциалов между
этими проводниками.

В системе СИ ёмкость
измеряется в фарадах.
В системе СГС в сантиметрах.

• Для одиночного
  проводника ёмкость равна отношению
  заряда проводника к его потенциалу в
  
  предположении, что все другие
  проводники бесконечно удалены
  и что потенциал бесконечно удалённой
  точки принят равным нулю. В математической
  форме данное определение имеет вид
• где  — заряд,  —
  потенциал проводника.
• Ёмкость определяется
  геометрическими размерами и формой
  проводника и электрическими свойствами
  окружающей среды (еёдиэлектрической
  проницаемостью)
  и не зависит от материала проводника.
  К примеру, ёмкость проводящего шара
  радиуса R равна
  (в системе СИ):

Понятие ёмкости
также относится к системе проводников,
в частности, к системе двух проводников,
разделённых диэлектриком —конденсатору.
В этом случае взаимная
ёмкость этих
проводников (обкладок конденсатора)
будет равна отношению заряда, накопленного
конденсатором, к разности потенциалов

между обкладками. Для плоского конденсатора
ёмкость равна:

где S —
площадь одной обкладки (подразумевается,
что они равны), d —
расстояние между обкладками, ε — относительная
диэлектрическая проницаемость среды
между обкладками, ε0 =
8. 854·10−12 Ф/м
— электрическая
постоянная.

Конденса́тор (от лат. condensare —
«уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с
определённым значением ёмкости и
малой омической проводимостью;
устройство для накопления заряда и
энергии электрического поля.

Конденсатор
является пассивным электронным
компонентом.

Виды конденсаторов:
1.
по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные,
керамические, электролитические
2. по
форме обкладок: плоские, сферические.
3.
по величине емкости: постоянные,
переменные (подстроечные).

Электроемкость

плоского конденсатора

Включение
конденсаторов в электрическую цепь

параллельное

последовательное

1. ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО
   КОНДЕНСАТОРА
2. Конденсатор — это
   система заряженных тел и обладает
   энергией.
   Энергия любого конденсатора:
3. где
   С — емкость конденсатора
   q — заряд
   конденсатора
   U — напряжение на обкладках
   конденсатора
   Энергия конденсатора
   равна работе, которую совершит
   электрическое поле при сближении пластин
   конденсатора вплотную,
   или равна
   работе по разделению положительных и
   отрицательных зарядов , необходимой
   при зарядке конденсатора.
4. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
   ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА

13.

Подбор конденсатора для электродвигателя

Для питания двигателя на 380 В от однофазной сети 220 В к нему потребуется подобрать рабочий конденсатор. Если мощность двигателя превышает примерно 1,5 кВт, то потребуется пусковая ёмкость.

Важно! Такие схемы скорее пригодны для включения моторов с низкой механической нагрузкой на валу (например, вентиляторов). Для более серьёзных агрегатов лучше использовать полноценную трёхфазную сеть. Сам по себе подбор рабочего конденсатора весьма сложен

Упрощённо мощно считать, что его ёмкость Cр должна составлять 70 uF на каждый 1 кВт двигателя. Т.е., если мощность двигателя составляет 400 Вт, то потребуется конденсатор на 28 uF

Сам по себе подбор рабочего конденсатора весьма сложен. Упрощённо мощно считать, что его ёмкость Cр должна составлять 70 uF на каждый 1 кВт двигателя. Т.е., если мощность двигателя составляет 400 Вт, то потребуется конденсатор на 28 uF.

Ёмкость для запуска мотора Cп должна быть примерно в 2,75 больше, чем рабочая. При этом по достижении двигателем холостого хода пусковой конденсатор должен обязательно исключаться из цепи контактами В2.

Работа двигателя от 220 В

Практика показывает, что вычислять ёмкости – не такое сложное дело. Эти знания требуются людям, чья профессия так или иначе связана с электричеством, особенно электронщикам. Поэтому специалистам нужно твёрдо знать, как и какой конденсатор подбирается для конкретных целей.

В чем сложность выбора такого конденсатора?

В принципе большего отличия нет, но различные конденсаторы для асинхронных электродвигателей потребует другого расчета допустимого напряжения. Потребуется около 100 ватт для каждого мкФ емкости устройства. И они отличаются доступными режимами работы электродвигателей:

• Используется пусковой конденсатор и слой дополнительной обмотки (только для процесса пуска) тогда расчет емкости конденсатора – 70 мкФ для 1 кВт от мощности электродвигателя;
• Используется рабочий вариант конденсатора с емкостью в 25 – 35 мкФ на основе дополнительной обмотки с постоянным подключением в процессе всей длительности работы устройства;
• Применяется рабочий вариант конденсатора на основе параллельного подключения пусковой версии.

Но в любом случае необходимо отслеживать уровень разогревания элементов двигателя в процессе его эксплуатации. Если замечено перегревание тогда необходимо принять меры.

В случае с рабочим вариантом конденсатора рекомендуем уменьшить его емкость. Рекомендуем использовать конденсаторы, работающие на основе мощности в 450 или больше В, поскольку они считаются оптимальным вариантом.

• Ротор электродвигателя — особенности конструкции и принцип работы устройства. Инструкция по ремонту и восстановлению

• Подключение электродвигателя — основные схемы, способы и особенности подсоединения различных моделей (инструкция + фото)

• Однофазный электродвигатель: основные виды, принцип работы и инструкция по подключению и настройке. Обзор лучших производителей!

Чтобы избежать неприятных моментов до подключения к электродвигателю рекомендуем убедится в работоспособности конденсатора с помощью мультиметра. В процессе создания необходимой связки с электродвигателем пользователь, может, создать полностью работоспособную схему.

Почти всегда выводы обмоток и конденсаторов находятся в клеммной части корпуса электродвигателя. За счет этого можно создать фактически любую модернизацию.

Так, чем отличается однофазный асинхронный вариант электродвигателя? Разберемся в этом подробно:

• Его часто применяют для бытовых приборов;
• Для его запуска используется дополнительная обмотка и потребуется элемент для сдвигания фазы – конденсатор;
• Подключается на основе множества схем с помощью конденсатора;
• Для улучшения пускового момента применяется пусковая версия конденсатора, а рабочие характеристики увеличиваются с помощью рабочего варианта конденсатора.

Теперь вы получили необходимую информацию и знаете, как подключить конденсатор к асинхронному двигателю чтобы обеспечить максимальную эффективность. А также у вас появились знания о конденсаторах и способах их применения.

• Перемотка электродвигателей: пошаговая инструкция по ремонту и восстановлению обмотки двигателя своими руками (инструкция с фото и видео)

• Схема электродвигателя — способы подключения и запуска двигателя. Обзор типовых конфигураций и принципа работы

• Электродвигатель своими руками: инструкция по сборке самодельного механизма. Возможные модификации и простейшие модели

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов

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.

Лучшая бытовая химия на сайте https://himcentre.ru/

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

Для расчета использовались следующие зависимости:

Полученные из калькулятора данные можно использовать для подбора конденсаторов, но именно таких номиналов, как будет рассчитано, их вряд ли можно будет найти. Только в редких исключениях могут быть совпадения. Правила подбора такие:

• Если есть «точное попадание» в номинал емкости, который существует у нужной серии конденсаторов, то можно выбирать именно такой.
• Если нет «попадания», то выбирают емкость, стоящую ниже по ряду номиналов. Выше не рекомендуется, особенно для рабочих конденсаторов, так как это может привести к ненужному возрастанию рабочих токов и перегреву обмоток, которое может привести к межвитковому замыканию.
• По напряжению конденсаторы выбираются номиналом не менее, чем в 1,5 раза больше, чем напряжение в сети, так как в момент пуска напряжение на выводах конденсаторов всегда повышенное. Для однофазного напряжения в 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, но опытные электрики всегда советуют использовать 400 или 450 В, так как запас, как известно, «карман не тянет».

Приведем таблицу с номиналами конденсаторов рабочих и пусковых. В качестве примера приведены конденсаторы серий CBB60 и CBB65. Это полипропиленовые пленочные конденсаторы, которые наиболее часто применяют в схемах подключения асинхронных двигателей. Серия CBB65 отличается от CBB60, тем, что они помещены в металлический корпус.

В качестве пусковых применяют электролитические неполярные конденсаторы CD60. Их не рекомендуются применять в качестве рабочих так как продолжительное время их работы делает их жизнь менее продолжительной.. В принципе, для пуска подходят и CBB60, и CBB65, но они имеют при равных емкостях более объемные габариты, чем CD60. В таблице приведем примеры только тех конденсаторов, которые рекомендованы к использованию в схемах подключения электродвигателей.

Для того, чтобы «набрать» нужную емкость, можно использовать два и более конденсатора, но при разном соединении результирующая емкость будет отличаться. При параллельном соединении она будет складываться, а при последовательном — емкость будет меньше любого из конденсаторов. Тем не менее такое соединение иногда используют для того, чтобы, соединив два конденсатора на меньшее рабочее напряжение, получить конденсатор, у которого рабочее напряжение будет суммой двух соединяемых. Например, соединив два конденсатора на 150 мкф и 250 В последовательно, получим результирующую емкость 75 мкф и рабочее напряжение 500 В.

Для того чтобы рассчитать емкость двух последовательно соединенных конденсаторов, читателям предоставляется простой калькулятор, где надо просто выбрать два конденсатора из ряда существующих номиналов.

Калькулятор расчета результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсаторов

Обычно эту операцию доверяют только электрикам, имеющим практический опыт. Однако, подключить двигатель можно и самому. Это доказывает статья нашего портала: «Как подключить трехфазный двигатель в сеть 220 В».

Расчет емкости конденсатора асинхронного двухфазного двигателя (конденсаторный двигатель)

Однофазный асинхронный двигатель

Обмотка статора однофазного асинхронного двигателя занимает приблизительно 2/3 окружности, именно по этой причине его мощность на 1/3 меньше мощности трехфазного двигателя таких же габаритов.

Ток, протекая по обмотке статора, создает пульсирующее магнитное поле, которое можно представить как два поля, вращающиеся в разных направлениях. Поле, которое вращается в направлении ротора называется прямым полем, а второе – обратным. Они воздействуют на ротор и создают соответствующие моменты (М_пр и М_обр).

По причине разных направлений вращения эти электрические машины не могут самостоятельно совершить пуск, так как при неподвижном роторе, то есть при S=1, пусковой момент, он же М_рез, равен нолю (смотри Рисунок 1). Однако, если придать движение ротору, то прямой и обратный моменты не будут равны и двигатель продолжит вращение в том же направлении (ток, протекающий по обмотке ротора будет оказывать размагничивающее действие и при этом будет ослабляться обратное поле).

Рисунок 1 – Зависимость механических характеристик от прямого и обратного вращающих полей

Пуск двигателя с помощью пусковых устройств

Для того чтоб запустить однофазный асинхронный двигатель применяют устройства для пуска двигателя:

– Конденсатор – C;

– Резистор – R.

Пуск трехфазных асинхронных двигателей осуществляется более простым способом из-за уже имеющегося в сети сдвига фаз на 120 электрических градусов

Для получения пускового момента используют пусковую обмотку статора, которая по отношению к рабочей обмотке сдвинута на 90 электрических градусов. Применяют фазосдвигающие элементы, которые подключают к пусковой обмотке. Эта обмотка работает, обычно, около 3 первых секунд, после чего принудительно отключается вручную или с помощью автоматов. По этой причине ее изготовляют из провода меньшего сечения и с меньшим количеством витков по сравнению с рабочей обмоткой.

Пуск при помощи резистора производится при малых необходимых пусковых моментах, то есть если нагрузка на валу незначительна. Рисунок 2 иллюстрирует применение пускового а) конденсатора и б) резистора; где Р – рабочая обмотка, П – пусковая обмотка.

Рисунок 2 – Схема подключения однофазного асинхронного двигателя

Двухфазные асинхронные двигатели

Наличие конденсатора значительно улучшает характеристики двигателя, по этой причине используются двухфазные асинхронные двигатели. В них две обмотки являются рабочими, в одну из них вводится конденсатор для смещения угла между фазами на 90 градусов и создания кругового магнитного поля. Такие двигатели называют конденсаторными.

Расчет емкости конденсатора для двигателя:

Емкость такого конденсатора определяется по формуле:

,

где – ток, протекающий в обмотке статора,

sinφ₁ – сдвиг фаз между напряжение и током без конденсатора,

f– частота питающей сети,

U – напряжение сети,

n – коэффициент трансформации.

,

Где и k_об1,k_об2 – обмоточные коэффициенты,

W₁, W₂, – количество витков обмоток статора и ротора.

Напряжение на зажимах конденсатора выше чем напряжение сети и определяется следующей формулой:

Для повышения пусковых характеристик Существуют двигатели в одну обмотку которых ставятся два конденсатора, один из которых пусковой, второй – рабочий. Пусковой конденсатор обычно имеет емкость в разы большую чем рабочий. При этом пусковой отключается при достижении 70-80% номинальной скорости электрической машины.

Рисунок 3 – Пример подключения пары конденсаторов (конденсаторный двигатель)

Преимущества и недостатки конденсаторных двигателей

Недостатки по сравнению с трехфазным двигателем:

– Меньшая мощность;

– Увеличенное скольжение при номинальном режиме;

– Скорость вращения вала при холостом ходу ниже;

– Пониженная кратность пускового момента;

– Повышенная кратность пускового тока.

Преимущества:

– Имеют высокую эксплуатационную надежность;

– Не требуют трехфазного источника тока.

Недостаточно прав для комментирования

Расчёт необходимой ёмкости

Выбирая конденсатор, необходимо предупредить ситуацию, при которой фазный ток превысит своё номинальное значение. Поэтому к подсчётам необходимо подойти очень тщательно — неправильные результаты могут привести не только к поломке конденсатора, но и перегоранию обмоток двигателя. На практике для пуска моторов небольшой мощности пользуются упрощённым подбором исходя из соображений, что для каждых 100 Вт мощности двигателя необходимо 7 мкФ ёмкости при соединении в треугольник. При подключении обмотки в звезду это значение уменьшается вдвое. Если в однофазную сеть присоединяют мотор на три фазы с мощностью 1 квт, то необходим конденсатор зарядом 70—72 мкФ при соединении обмоток треугольником, и 36 мкФ в случае подключения звездой.

Расчёт необходимого значения ёмкости для работы производится по формулам.

При схеме соединения звездой:

Ср=2800 I / U

Если обмотки образуют треугольник:

Ср=4800 I / U

I — номинальный ток двигателя. Если по каким-либо причинам его значение неизвестно, для расчёта необходимо воспользоваться формулой:

I = P / (3 U).

При этом U = 220 В при соединении звездой, U = 380в — треугольником.

Р — мощность, измеряемая в ваттах.

При пуске двигателя со значительной нагрузкой на валу параллельно с рабочей ёмкостью необходимо включить пусковую.

Её значение рассчитывают по формуле:

Сп=(2,5÷3,0) Ср

Пусковая ёмкость должна превышать значение рабочей в 2,5 — 3 раза.

Очень важен правильный выбор значения напряжения для конденсатора. Этот параметр, так же как и ёмкость, влияет на цену и габариты прибора. Если напряжение сети больше номинального значения конденсатора, пусковое приспособление выйдет из строя. Но и использовать оборудование с завышенным напряжением также не стоит. Ведь это приведёт к неэффективному увеличению габаритов конденсаторной батареи. Оптимальным является значение напряжения конденсатора в 1,15 раз превышающее значение напряжения сети: Uk =1,15 U с.

Очень часто при включении мотора с тремя обмотками в однофазную сеть используются конденсаторы типа КГБ-МН или БГТ (термостойкие). Они выполнены из бумаги. Металлический корпус полностью герметичен. Имеет прямоугольный вид. Необходимо учитывать, что допустимые значения напряжения и ёмкости, обозначенные на приборе, указаны для постоянного тока. Поэтому при работе на переменном токе необходимо уменьшать показатели напряжения конденсатора в 2 раза.

Как подобрать конденсатор

Конденсаторы для трехфазного двигателя нужны достаточно большой емкости — речь идет о десятках и сотнях микрофарад. Однако конденсаторы электролитические для этой цели не годятся. Они требуют подключения однополярного, то есть специально для них придется городить выпрямитель из диодов и сопротивлений. Кроме того, со временем в электролитических конденсаторах высыхает электролит и они теряют емкость. Поэтому если будете ставить такой на двигатель, необходимо делать на это скидку, а не верить тому, что на них написано. Ну и еще одно за ними числится: электролитические конденсаторы имеют свойство иногда взрываться.

Поэтому задачу, как выбрать конденсатор под трехфазный двигатель, часто решают в несколько этапов

Сначала подбираем приблизительно. Надо рассчитать емкость конденсатора по простейшему соотношению как 7 мкФ на каждые 100 ватт мощности. То есть 700 ватт дает нам 49 мкФ первоначально. Емкость выбираемого пускового конденсатора берется в диапазоне 1–3-кратного превышения емкости рабочего конденсатора. Выберите 2*50 = 100 мкФ — будет само то. Ну, для начала можно взять побольше, потом подобрать конденсаторы, ориентируясь на работу двигателя. От емкости конденсаторов зависит реальная мощность движка. Если ее мало, двигатель при тех же оборотах потеряет мощность (обороты не зависят от мощности, а только от частоты напряжения), так как ему будет не хватать тока. При чрезмерной емкости конденсаторов у него будет перегрев от избытка тока.

Нормальная работа двигателя, без шума и рывков — это неплохой критерий правильно выбранного конденсатора. Но для большей точности можно сделать расчет конденсаторов по формулам, а такую проверку оставить на потом в качестве окончательного подтверждения успешности результатов подбора конденсаторов.

Однако надо все-таки подключить конденсаторы.

Для чего используются конденсаторы?

Электростанции

Почти все электронные устройства имеют блок питания, который преобразует переменный ток, присутствующий в доме, в постоянный ток. Конденсаторы играют важную роль в преобразовании переменного тока в постоянный, устраняя электрические помехи. В источниках энергии используются электролитические конденсаторы различных размеров – от нескольких миллиметров до нескольких дюймов (или сантиметров).

Звуковые покрытия

Конденсаторы имеют множество применений в аудио оборудовании. Они блокируют постоянный ток на входе вс усилитель, предотвращая внезапные звуки или шумы, которые могут повредить колонки и наушники. Данные детали, используемые в аудиофильтрах, позволяют контролировать басы.

Компьютеры

Цифровые схемы в компьютерах передают электронные импульсы на высоких скоростях. Эти потоки в сети могут создавать помехи сигналам от соседней цепи, поэтому разработчики высокотехнологичного оборудования применяют конденсаторы для минимизации помех.

Высокотехнологичный конденсатор

Конденсатор

Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда. Способность конденсатора накапливать электрический заряд зависит от его главной характеристики – емкости. Емкость конденсатора (С) определяется как соотношение количества электрического заряда (Q) к напряжению (U).

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (F) – единицах, названых в честь британского ученого физика Майкла Фарадея. Емкость в один фарад (1F) равняется количеству заряда в один кулон (1C), создающему напряжение на конденсаторе в один вольт (1V). Вспомним, что один кулон (1С) равняется величине заряда, прошедшего через проводник за одну секунду (1sec) при силе тока в один ампер (1A).

Однако кулон, это очень большое количество заряда относительно того, сколько способно хранить большинство конденсаторов. По этой причине, для измерения емкости обычно используют микрофарады (µF или uF), нанофарады (nF) и пикофарады (pF).

1nF = 0.000000001 = 10-9 F

1pF = 0.000000000001 = 10-12 F

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Заряд конденсатора. Ток

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

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.

Расчет рабочего конденсатора для электродвигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель может работать от однофазной сети с фазосдвигающим конденсатором. Наиболее простой способ подключения базируется на подключении одной из обмоток трехфазных электродвигателей через фазосдвигающий конденсатор. При этом полезная мощность развиваемая двигателем будет находиться в пределах 50-60% от его мощности при работе от трехфазной сети.
Для нормальной работы электродвигателя с конденсаторным пуском желательно, чтобы емкость используемого конденсатора менялась в зависимости от числа оборотов. Однако на практике это условие выполнить не только сложно, но и невозможно, поэтому обычно используют двухступенчатое управление двигателем. Такое управление работой электродвигателя означает, что при его пуске и наборе оборотов в цепь подключают два конденсатора: рабочий и пусковой, а после разгона один конденсатор – пусковой отключают и оставляют только рабочий конденсатор.
Данная принципиальная схема подключения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть работает следующим образом: при включении пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2. Необходимо сразу же после включения П1 нажать кнопку «Разгон» – двигатель начинает набирать обороты, а после выхода на обороты – кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1.
Емкость рабочего конденсатора Ср зависит от вида соединения обмоток двигателя, так в случае соединения обмоток двигателя в «треугольник» она определяется по формуле:
А в случае соединения обмоток двигателя в «звезду»:
где:
Ср – емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I – потребляемый электродвигателем ток в А;
U – напряжение в сети, V.
Потребляемый электродвигателем ток в выше приведенных формулах, при известной мощности электродвигателя, можно вычислить по следующей формуле:
где:
Р – мощность двигателя, указанная в его паспорте, Вт;
U – напряжение в сети, V;
ή – КПД двигателя;
cosφ – коэффициент мощности.
Величину емкости пускового конденсатора Сп выбирают в 2-2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора Ср, при этом рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети. Кроме того для сети 220V лучше всего использовать бумажные конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500V и выше. Применение электролитических конденсаторов в данной схеме (рис.1) категорически запрещается. Поскольку электролитический конденсатор, при включении в сеть переменного тока, быстро разогревается, электролит вскипает и происходит взрыв конденсатора. На это уходит, как показал опытный эксперимент, всего примерно 10-15с.
Однако в качестве пусковых конденсаторов, при условии их кратковременного включения – на 1-2с, можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450V. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, и шунтируют резистором R1 с сопротивлением 2-3 мОм. Резистор R1 необходим для «стекания» оставшегося электрического заряда на конденсаторах. Общая емкость соединенных конденсаторов составляет (С1+С2)/2.
На практике в основном величину емкостей рабочих и пусковых конденсаторов выбирают в зависимости от мощности двигателя. В таблице№1 приведена зависимость минимальных значений емкостей конденсаторов от мощности трехфазного электродвигателя при включении в сеть 220 В.
Таблица№1.

Следует отметить, что у электродвигателя с конденсаторным пуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20-30 % превышающий номинальный. Поэтому если двигатель часто используется в недогруженном режиме или вхолостую, то емкость конденсатора Ср в этом случае следует уменьшить. Также может случиться, что во время перегрузки электродвигатель остановился. Тогда, сняв нагрузку вообще или снизив ее до минимума, для запуска электродвигателя снова подключают пусковой конденсатор.
Кроме того емкость пускового конденсатора Сп можно уменьшить при пуске электродвигателей на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. Например, для включения трехфазного электродвигателя типа АО2 мощностью 2,2кВт, имеющего 1420об/мин, можно использовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой – 150 мкФ. В этом случае электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу.

Когда асинхронный двигатель подключается в однофазную сеть 220/230 В необходимо обеспечить сдвиг фаз в обмотках статора, имитирующий вращающееся магнитное поле. Это и приводит к вращению вала ротора электродвигателя, как в «родных» трехфазных сетях переменного тока. Для достижения этой цели в «не родных сетях» и служит конденсатор.

Подбирать конденсатор следует очень внимательно, поэтому специально для читателей нашего онлайн-журнала был разработан удобный калькулятор с необходимыми пояснениями.

Пояснения к расчету

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:

Основной функцией каждого конденсатора является накопление электрического заряда и его одномоментная отдача в нужное время. Данные приборы используются во многих электрических схемах, существенно улучшая качество их работы. Для правильного выбора и оптимизации данных устройств используйте онлайн калькулятор расчета емкости конденсатора. Достаточно ввести в таблицу исходные данные, чтобы получить определенные результаты. Как рассчитать емкость конденсатора Расчеты, производимые с помощью онлайн калькулятора, позволяют вычислить емкость конденсатора в течение нескольких секунд. Кроме этого параметра, можно определить показатели заряда, мощности, тока, энергии и прочих качеств конденсатора, необходимых в конкретном устройстве. Наиболее часто встречаются электролитические конденсаторы, применяемые в схеме асинхронного электродвигателя. Конструкции этих устройств могут быть полярными или неполярными. В первом случае отмечается более высокая емкость, поэтому перед подключением конденсатора к двигателю, необходимо в обязательном порядке выполнить расчеты. С помощью проводимых вычислений устанавливается необходимая емкость, соответствующая конкретному двигателю. Особое значение придается дополнительным расчетам при эксплуатации трехфазных электродвигателей. В обычном режиме конденсатор функционирует нормально, однако при включении в однофазную сеть, его емкость заметно снижается. Это приводит к увеличению частоты вращения вала. Предварительные расчеты и правильное подключение позволяют избежать подобных ситуаций. При запуске асинхронного двигателя, работающего от напряжения 220 вольт, требуется конденсатор с высокой емкостью. В связи с этим, невозможно обойтись без проведения расчетов с помощью онлайн калькулятора. Проведение расчетов полностью зависит от способа соединения обмоток электродвигателя. Данное соединение может быть . В первом случае применяется формула Ср=2800хI/U, а для второго случая используется немного измененная формула Ср=4800хI/U. Следует учитывать, что в цепочке соединенных конденсаторов емкость пускового устройства должна быть примерно в три раза выше, чем в рабочем приборе. Для расчета применяется формула Сп=2.5хСр, в которой Сп и Ср являются соответственно пусковым и рабочим конденсатором. Методика расчета заряда конденсатора В начальной стадии заряд любого прибора имеет нулевое значение. После подключения к гальваническому элементу или другому источнику постоянного тока происходит зарядка конденсатора. В таблицу калькулятора вводятся такие данные, как значение ЭДС источника тока в вольтах, сопротивление, измеряемое в омах, емкость прибора в микрофарадах и время зарядки в миллисекундах. В результате вычислений появляются точные данные, характеризующие заряд конкретного конденсатора и определяющие его оптимальное использование в той или иной схеме.

Схема подключения рабочего и пускового конденсатора при разных способах подключения обмоток
	Ср = 2800*I/U; I = P/(√3*U*η*cosϕ)
	Ср = 4800*I/U; I = P/(√3*U*η*cosϕ) Ср — емкость рабочего конденсатора
Сп = 2,5*Ср, где Сп — емкость пускового конденсатора при любом способе подключения
Расшифровка обозначений: Ср — емкость рабочего конденсатора, мкФ Сп — емкость пускового конденсатора, мкФ I — ток, А U — напряжение в сети, В η — КПД двигателя в %, деленных на 100 cosϕ — коэффициент мощности

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.

Калькулятор расчета результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсатора

Возможно Вам также будет интересно:

Калькулятор расчета длины нагревательного кабеля для теплого пола Калькулятор расчета шага укладки обогревательного кабеля для помещения Калькулятор расчета дополнительной нагрузки на бетонную плиту от стяжки и керамической плитки Калькулятор расчета производительности скважинного насоса для автономного водопровода

Методика расчета компенсирующего конденсатора асинхронных двигателей малой мощности

Российская электромеханика. 2016; 5: 59-63

 

http://dx.doi.org/10.17213/0136-3360-2016-4-59-63

 

Методика расчета компенсирующего конденсатора асинхронных двигателей малой мощности

С. М. Плотников, О.В. Колмакова

Плотников Сергей Михайлович , доктор технических наук, профессор. Тел. (3912)47-27-27. Электронная почта: [email protected]

Колмаков Олег Васильевич , кандидат технических наук. Тел.(3912)48-16-44. Электронная почта: [email protected]

 

Реферат

Информация о некоторых рабочих параметрах асинхронных двигателей не всегда доступна, поэтому предлагаем упрощенную методику расчета компенсационной способности двигателей малой мощности. В связи с тем, что с увеличением мощности машины растут ее номинальный КПД и коэффициент мощности, необходимо уменьшать емкость, причем чем выше синхронная скорость, тем меньше должна быть требуемая мощность. Получена универсальная формула компенсирующей способности, требующая знания только одного параметра двигателя — паспортной мощности. Показано, что при изменении нагрузки двигателя значение компенсирующего конденсатора должно в несколько раз изменяться близко к параболической кривой. Определить поправочный коэффициент мощности в зависимости от загрузки двигателей.

 

Ключевые слова: асинхронный двигатель, КПД, коэффициент мощности, компенсация реактивной мощности, коэффициент загрузки двигателя

 

Полный текст: [на сайте elibrary.ru]

 

Ссылки

1. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей . Москва, Энергоатомиздат, 1989, 528 с.

2. Кочкин В. Реактивная мощность в электросетях. Технологии управляемой компенсации Реактивная энергия в сетях электроснабжения. Технологии управляемой компенсации. Новости электротехники , 2007, вып. 3, стр. 34–44. [In Russ.]

3. Геворкян М.В. Современные компоненты компенсации реактивной мощности для низковольтных сетей . Москва, Издат. дом «Додека ХХИ», 2003, 64 с.

4. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощь. Качество электроэнергии [Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии. Москва: ЭНАС, 2009. 456 с.

5. Конюхова Е.А. Режимы напряжения и компенсации реактивной мощности в цеховых электрических сетях . Москва, НТФ «Энергопрогресс», 2000, 56 с.

6. Онищенко Г.Б. Электрический привод [Электропривод]. Москва: РАХН, 2003. 320 с.

7. Кравчик А.Е., Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболенская Е.А. Асинхронные двигатели серии 4А [Асинхронные двигатели серии 4А]. Москва, Энергоиздат, 1982. 504 с.

8. Пуршафи А., Мортазави А. Оптимальная компенсация реактивной мощности в реструктурированной распределительной сети. Всемирная академия наук, техники и технологий, 2009. № 54. с.119-122.

9. Глушков В.М., Грибин В.П. Компенсация реактивной мощности в электроустановках промышленных предприятий . М.: Энергия, 1975. 103 с.

Оптимизация однофазного конденсаторного асинхронного двигателя путем применения суррогатной модели цепи возбуждения

Чтобы прочитать этот контент, выберите один из следующих вариантов:

Кшиштоф Маковский (Кафедра электротехники, Вроцлавский политехнический университет, Вроцлав, Польша)

Марцин Дж. Уилк (Кафедра электротехники, Вроцлавский политехнический университет, Вроцлав, Польша)

COMPEL — международный журнал по вычислениям и математике в электротехнике и электронной технике.

ISSN : 0332-1649

Дата публикации статьи: 28 октября 2014 г.

Загрузок

Аннотация

Цель

Цель этой статьи состоит в том, чтобы представить оптимизацию однофазного конденсаторного асинхронного двигателя в отношении КПД и пускового момента с использованием суррогатной модели цепи возбуждения для установившегося режима. В качестве переменных были приняты размеры пазов ротора и емкость конденсатора, тогда как выходы были рабочими характеристиками двигателя. Целью оптимизации был поиск конструкции двигателя с максимальным пусковым моментом или максимальной эффективностью. Для проверки конструктивных решений были проведены испытания оптимизированных двигателей с номинальной нагрузкой и с заблокированным ротором с помощью компьютерного моделирования, которые подтвердили лучшие рабочие параметры оптимизированных двигателей.

Проект/методология/подход

В статье представлена ​​процедура оптимизации однофазного конденсаторного асинхронного двигателя с применением методологии поверхности отклика для суррогатной двумерной модели возбуждения двигателя. Для решения задачи применялись однокритериальный и бикритериальный подходы.

Выводы

Проведенные расчеты показали, что полученные новые конструкции конденсаторного асинхронного двигателя обладают лучшими пусковыми свойствами – более высоким отношением пускового момента к номинальному. Также была получена конструкция двигателя с более высоким КПД и одновременно меньшим током статора.

Оригинальность/ценность

Основным преимуществом сформулированной процедуры оптимизации было применение алгоритма SSO (последовательная суррогатная оптимизация), который использует полиномиальную суррогатную модель и генетический алгоритм для нахождения минимума целевых функций, а также для ускорения вычислений.

Ключевые слова

• Моделирование
• Оптимизация
• Оптимальный дизайн
• Асинхронный двигатель

Благодарности

Работа выполнена при поддержке Национального научного центра Польши в рамках преддокторского гранта, контракт № UMO-2011/03/N/ST-8/06348.