Как правильно подобрать и рассчитать емкость конденсатора на трехфазный двигатель

Как правильно подобрать и рассчитать емкость конденсатора на трехфазный двигатель

Подключение силового оборудования в однофазную сеть (220В) чаще всего производят емкостным методом. При этом нужно знать, как подобрать конденсаторы на трехфазный двигатель, от которого осуществляется привод. Из них собирается пусковая цепь, создающая необходимый момент и перекос фаз. В этой статье мы постараемся вкратце рассмотреть вопросы расчета и подбора емкости, а также возможные схемы подключения асинхронного электромотора.

Что такое трехфазный двигатель?

Большинство силовых агрегатов, преобразующих электрическую энергию с тепловую, представляют собой асинхронные машины. Если разобрать любой такой двигатель, то станет понятно, что он имеет два ключевых компонента, на взаимодействии которых строится вся его работа.

Статор

Это неподвижная часть мотора, имеющая кольцевидную форму – полый цилиндр. Сразу следует уточнить, что он не является цельным, грубо говоря изготовленным через точение круглой стальной болванки. Статор набирается из кольцевых пластин (магнитопровода), что позволяет избежать образования так называемых поверхностных токов Фуко, которые могут сильно разогревать металл. На внутреннем диаметре имеются продольные пазы, в которые укладывается обмотка из проволоки. Большинство стандартных двигателей являются трехфазными, то есть имеют три обмотки статора (по одной на каждую фазу). Геометрически каждая обмотка/фаза является смещенной относительно других на 120°. Такой расчет позволяет при подаче на фазные клеммы напряжения 380В возбудить в обмотках вращающееся магнитное поле.

Ротор

Это подвижная (вращающаяся) часть, конструктивно объединенная с приводным валом. Он также имеет наборный пластинчатый сердечник (магнитопровод), но в отличии от статора, пазы для обмоток располагаются на внешнем диаметре. Более того, называть их обмотками можно только с функциональной точки зрения, поскольку реально они представляют собой медные прутки определенного диаметра, а не пучки (катушки) проволоки.

С обоих сторон прутки соединяются на кольцевые ограничивающие пластины, образуя некоторое подобие беличьей клетки. Такая компоновка наиболее распространена и называется «коротко замкнутый ротор». При подаче напряжения здесь также магнитное поле, но оно имеет несколько меньшую частоту вращения (асинхронную), нежели у статора. Эта разница называется скольжением и составляет порядка 2…10%. Благодаря ей, между полями наводится ЭДС (электродвижущая сила), которая и заставляет вал вращаться с рабочей частотой.

Как подключить 3ех фазный двигатель в однофазную сеть?

Запуск двигателя с тремя рабочими обмотками возможет потому, что он по умолчанию имеет сдвинутые на 120° фазы. Если подать напряжение всего на одну фазу, то не произойдет ровным счетом ничего по аналогии с однофазным двигателем на 220В, где в таком случае возникают эквивалентные разнонаправленные магнитные поля. Формально для этого нужно включить в работу хотя бы еще одну фазу, чтобы создать сдвиг и набрать необходимый момент. Подключение в сеть с напряжением 220В чаще всего производят через дополнительный контур – цепь из рабочих и пусковых конденсаторов.

Общая пусковая схема при подключении звездой (слева) и треугольником (справа) будет иметь следующий вид:

Как можно видеть, и в первом, и во втором случае две из трех обмоток подключаются напрямую к однофазной сети на 220В. Третья фаза закольцовывается на одну из двух предыдущих посредством промежуточной цепи конденсаторов: Сраб – основной/рабочий и Сп–для запуска. Второй подключен параллельно через ключ SA. Последний имеет нормально разомкнутые контакты, а крайнее положение кнопки не фиксируется – для того, чтобы через пусковой конденсатор пошел ток, ее нужно удерживать нажатой.

Почему используются параллельные емкости?

Любой человек, в свое время не зевавший на уроках физики, должен помнить, что максимальное потребление энергии 3ех фазным двигателем наблюдается именно в момент его запуска, когда происходит рост частоты вращения от 0 до номинала. Чем больше мощность, тем это пиковое потребление электричества выше. Из чего следует логический вывод – емкости, которая будет поддерживать работу на 220В скорее всего не хватит для старта. Поэтому, для вывода мотора на режим ее по расчету нужно увеличить примерно вдвое относительно рабочей.

После запуска, когда будут достигнуты оптимальные обороты (не менее 70% от номинальных), пусковые конденсаторы отключают, отпуская кнопку SA. Сделать это нужно обязательно, иначе большая суммарная емкость вызовет серьезный перекос фаз и перегрев обмоток.

Читайте также:  Снятие показаний счетчика электроэнергии

Если же мощность мотора невелика или он не работает под серьезной нагрузкой, то скорее всего можно будет обойтись пуском через рабочий контур.

Как рассчитать емкость и подобрать конденсатор

Очевидно то, что вопрос выбора емкостей для запуска и работы трехфазного двигателя в однофазной сети, зависит от его мощности, номинального (фазного) тока и напряжения. Расчет обычно ведется через следующие формулы:

В данном уравнении присутствуют две величины:

  • U – напряжение в однофазной сети (220В),
  • IН– номинальный или фазный ток, А.

Обе схемы подключений дают разные значения линейных и фазных характеристик, что видно на следующих иллюстрациях:

Вычислить необходимый ток между обмотками можно с помощью клещей либо используя формулы. Если же и тот, и другой вариант видятся сложными, то можно провести расчет и подобрать конденсатор через эмпирическую зависимость: 7 мкФ на 100 Вт мощности.

Что касается пусковых конденсаторов, то их подбор ведется с расчетом, что емкость должна быть выше, нежели у рабочих, чтобы покрыть пиковое потребление при запуске. Разные источники указывают на разные значения пропорционального коэффициента: от 1,5 до 3. На практике же чаще всего используют рекомендацию по двукратному увеличению.

Далее можно подобрать конденсаторы и приступить к компоновке. Для организации запуска двигателя используются бумажные (МБГП, КБП, МБГО), электролитические или металлизированные полипропиленовые (СВВ) модели. Первые, как правило, массовые и дешевые, но имеют сравнительно большие габариты при малой емкости, что вынуждает набирать целые батареи. Электролитические модели требуют использования в схеме управления диодных элементов и сопротивления, повреждение или выход из строя которых приведет к разрушению конденсатора. СВВ модели более современные, а посему в них нет практически тех недостатков, которые присутствуют в аналогах. По форме емкостные блоки могут выпускаться либо квадратными, либо круглыми (бочонками).

Также следует подобрать рабочее напряжение конденсатора, которое по расчету должно быть примерно в 1,15 раза выше чем в однофазной сети на 220В. Меньшие значения негативно сказываются на долговечности блоков, а большие – на габаритах сборки.

Расчет емкости конденсатора для трехфазного 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.

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.

Читайте также:  Виды электрических счетчиков

Калькулятор расчета рабочего и пускового конденсаторов

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:

Способ подключения обмоток и схема подключения рабочего и пускового конденсаторов Формула
Подключение «Звездой» Емкость рабочего конденсатора – Ср
Cр=2800*I/U; I=P/(√3*U*η*cosϕ); Cр=2800*P/(/(√3*U²*η*cosϕ).
Подключение «Треугольником» Емкость рабочего конденсатора – Cp
Cр=4800*P/(/(√3*U²*η*cosϕ).
Емкость пускового конденсатора при любом способе подключения Cп=2,5*Cр
Расшифровка обозначений в формулах: Cр – емкость рабочего конденсатора в микрофарадах (мкф); Cп – емкость пускового конденсатора в мкф; I – ток в амперах (А); U – напряжение сети в вольтах (В); η – КПД двигателя, выраженный в процентах, деленных на 100; cosϕ – коэффициент мощности.

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.

Полипропиленовые пленочные конденсаторы CBB60 (российский аналог К78-17) и CBB65 Электролитические неполярные конденсаторы CD60
Изображение
Номинальное рабочее напряжение, В 400; 450; 630 В 220—275; 300; 450 В
Емкость, 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 мкф 5,0; 10; 15; 20; 25; 50; 75; 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 1000; 1200; 1500 мкф

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.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

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

Возможно ли самому подключить трехфазный асинхронный двигатель в сеть 220 В?

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».

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора

Время чтения: 2 минуты Нет времени?

Отправим материал вам на e-mail

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.

Подключение конденсатора к электродвигателю

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

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора

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:

Схема подключения рабочего и пускового конденсатора при разных способах подключения обмоток Расчетные зависимости
Ср = 2800*I/U;
I = P/(√3*U*η*cosϕ)

Ср – емкость рабочего конденсатора

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

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте