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:

1. Треугольник.
2. 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.

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.

Многие владельцы довольно часто оказываются в ситуации, когда требуется подключить в гараже или на даче такое устройство, как трехфазный асинхронный двигатель к различному оборудованию, в качестве которого может выступать наждачный или сверлильный станок. При этом возникает проблема, поскольку источник рассчитан на однофазное напряжение. Что же здесь делать? На самом деле эту проблему решить довольно легко путем подключения двигателя по схемам, используемым для конденсаторных. Чтобы реализовать этот замысел, потребуются рабочий и пусковой конденсатор, часто именуемые как фазосдвигающие.

Выбор емкости рабочего конденсатора

Чтобы подобрать эффективную емкость устройства, необходимо выполнить расчеты по формуле:

• I1 – номинальный показатель тока статора, для измерения которого применяют специальные клещи;
• Uсети – напряжение сети с одной фазой, (В).

После выполнения расчетов получится емкость рабочего конденсатора в мкФ.

Возможно для кого-то будет затруднительно рассчитать этот параметр по приведенной выше формуле. Однако в этом случае можно воспользоваться и другой схемой расчета емкости рабочего конденсатора, где не нужно проводить столь сложных операций. Этот метод позволяет достаточно просто определить необходимый параметр на основании только мощности асинхронного двигателя.

Здесь достаточно помнить о том, что 100 Ватт мощности трехфазного двигателя должно соответствовать около 7 мкФ емкости рабочего конденсатора.

В процессе расчета емкости для рабочего конденсатора нужно следить за током, который поступает на фазную обмотку статора в выбранном режиме. Недопустимым считается, если ток имеет большее значение, нежели номинальный показатель.

Выбор емкости пускового конденсатора

Бывают ситуации, когда электродвигатель приходится включать в условиях большой нагрузки на валу. Тогда одного рабочего конденсатора будет недостаточно, поэтому к нему придется добавить пусковой конденсатор. Особенностью его работы является то, что он будет работать лишь в период пуска двигателя не более 3 секунд, чего используется ключ SA . Когда же ротор выйдет на уровень номинальной частоты вращения, прибор отключается.

Если по недосмотру владелец оставил включенными пусковые конденсаторы, это приведет к образованию существенного перекоса по токам в фазах. В таких ситуациях высока вероятность перегрева двигателя. При определении емкости следует исходить из того, что величина этого параметра должна в 2,5-3 раза превосходить емкость рабочего конденсатора. Действуя подобным образом, можно добиться того, что пусковой момент двигателя достигает номинального показателя, в результате чего во время его запуска не возникает осложнений.

Для создания требуемой емкости конденсаторы могут подключаться по параллельной и последовательной схеме. Следует иметь в виду эксплуатация трехфазных двигателей мощностью не более 1 кВт допускается в том случае, если их подключение осуществляется к однофазной сети при наличии исправного конденсатора. Причем здесь можно обойтись и без пускового конденсатора.

Выбор типа

Поняв, как определить емкость рабочего и пускового конденсатора, пора познакомиться с тем, какой тип конденсатора может использоваться для выбранной схемы

Наилучший вариант, когда применяется аналогичный тип для обоих конденсаторов. Обычно работу трехфазного двигателя обеспечивают бумажные пусковые конденсаторы, облаченные в стальной герметичный корпус типа МПГО, МБГП, КБП или МБГО .

Большая часть этих устройств выполнена в виде прямоугольника. Если взглянуть на корпус, то там приведены их характеристики:

• Емкость (мкФ);
• Рабочее напряжение (В).

Применение электролитических устройств

Используя бумажные пусковые конденсаторы, нужно помнить о следующем негативном моменте: они имеют довольно большие размеры, обеспечивая при этом небольшую емкость. По этой причине для эффективной работы трехфазного двигателя небольшой мощности приходится использовать достаточно большое количество конденсаторов. При желании бумажные конденсаторы можно заменить и электролитическими . В этом случае их необходимо подключать несколько иным способом, где обязательно должны присутствовать дополнительные элементы, представленные диодами и резисторами.

Однако специалисты не советуют использовать электролитические пусковые конденсаторы. Это связано с наличием у них серьезного недостатка, который проявляется в следующем: если диод не справится со своей задачей, на конденсатор начнет продаваться переменный ток, а это уже чревато его нагревом и последующим взрывом.

Другая причина состоит в том, что сегодня на рынке можно встретить улучшенные с металлизированным покрытием полипропиленовые пусковые модели переменного тока типа СВВ.

Чаще всего они рассчитаны на работу с напряжением 400-450 В . Как раз им и следует отдать предпочтение, учитывая, что они неоднократно показывали себя с хорошей стороны.

Выбор напряжения

Рассматривая различные типы пусковых выпрямителей трехфазного двигателя, подключаемого к однофазной сети, следует принимать во внимание и такой параметр, как рабочее напряжение.

Ошибкой будет использование выпрямителя, показатель напряжения которого превышает на порядок требуемый. Помимо высоких затрат на его приобретение придется выделить для него больше места из-за его больших габаритов .

В то же время не стоит рассматривать модели, в которых напряжение имеет меньший показатель, нежели напряжение сети. Устройства с такими характеристиками не смогут эффективно выполнять свои функции и довольно скоро выйдут из строя.

Чтобы свести к не ошибиться при выборе рабочего напряжения, следует придерживаться следующей схемы расчета: итоговый параметр должен соответствовать произведению фактического напряжения сети и коэффициента 1,15, при этом расчетное значение должно составлять не менее 300 В .

В том случае, если выбираются бумажные выпрямители для работы в сети переменного напряжения, то их рабочее напряжение нужно разделить на 1,5-2. Поэтому рабочее напряжение для бумажного конденсатора, для которого производитель указал напряжение в 180 В, в условиях работы в сети переменного тока составит 90-120 В.

Дабы понять, как на практике реализуется идея подключение трехфазного электродвигателя к однофазной сети, выполним эксперимент с использованием двигателя АОЛ 22-4 мощностью 400 (Вт) . Главная задача, которая должна быть решена – запуск двигателя от однофазной сети с напряжением 220 В.

Используемый электродвигатель имеет следующие характеристики:

Помня о том, что используемый электродвигатель имеет небольшую мощность, при подключении его к однофазной сети можно купить лишь рабочий конденсатор.

Расчет емкости рабочего выпрямителя:

Пользуясь приведенными формулами, возьмем за среднее значение емкости рабочего выпрямителя показатель 25 мкФ. Здесь была выбрана несколько большая емкость, равная 10 мкФ. Так мы попытаемся выяснить, как влияет такое изменение на пуск двигателя.

Теперь нам необходимо купить выпрямители, в качестве последних будут использоваться конденсаторы типа МБГО. Далее на основе подготовленных выпрямителей выполняется сборка требуемой емкости.

В процессе работы следует помнить, что каждый такой выпрямитель имеет емкость 10 мкФ.

Если взять два конденсатора и соединить их друг с другом по параллельной схеме, то итоговая емкость составит 20 мкФ . При этом показатель рабочего напряжения будет равен 160В. Для достижения требуемого уровня в 320 В необходимо взять эти два выпрямитель и подключить их еще к такой же паре, конденсаторов, соединенных параллельно, но уже применив последовательную схему. В итоге суммарная емкость составит 10 мкФ. Когда батарея рабочих конденсаторов будет готова, подключаем ее к нашему двигателю. Далее останется только запустить двигатель в однофазной сети.

В процессе проведенного эксперимента с подключением двигателя к однофазной сети работа потребовала меньше времени и сил. Используя подобный двигатель с выбранной батареей выпрямителей, следует учесть, что его полезная мощность будет находиться на уровне до 70-80 % от номинальной мощности, при этом частота вращения ротора будет соответствовать номинальному показателю.

Важно: если используемый двигатель рассчитан на сеть напряжением 380/220 В , то при подключении к сети следует использовать схему «треугольник».

Обращайте внимание на содержание бирки: бывает так, что там приведено изображение звезды с напряжением 380 В. В этом случае правильную работу двигателя в сети можно обеспечить, выполнив следующие условия. Сперва придется «распотрошить» общую звезду, после чего соединить с клеммником 6 концов. Искать общую точку следует в лобовой части двигателя.

Заключение

Решение об использовании пускового конденсатора следует принимать исходя из конкретных условий. Чаще всего оказывается достаточно рабочего конденсатора . Однако если используемый двигатель подвергается повышенной нагрузке, то эксплуатировать двигатель без него не рекомендуется. В этом случае необходимо правильно определить необходимую емкость устройства, чтобы обеспечить эффективную работу двигателя.

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

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 конденсатора: