Электролитические конденсаторы для запуска трехфазного двигателя

Как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя: правила и советы

• 12 Января, 2021
• Инструменты и оборудование
• Валерий Лысенко

Подключение трехфазного двигателя к бытовой сети 220 В в большинстве случаев требуется при изготовлении различных станков и устройств. Обычно мощности однофазного электродвигателя не хватает, а трехфазная электроустановка есть далеко не в каждом доме. В этом случае придет на помощь схема подключения трехфазного двигателя к однофазной сети.

Немного истории

Английский физик Чарльз Уинстон в далеком 1841 году представил первый однофазный двигатель, еще не умевший самостоятельно раскручиваться. Это делалось вручную или при помощи другого двигателя.

В 1884-1885 годах был разработан двигатель, имеющий обмотки якоря и обмотки возбуждения и названный «универсальным». Сделали это венгерские инженеры, соавторы трансформатора Микша Дери и Отто Блати, и независимо от них Вернер Сименс. Электродвигатели такого типа применяются по сей день.

Кроме того, разработкой электрических двигателей занимался Никола Тесла. Первый конденсаторный двигатель был разработан французскими инженерами Морисом Хитином и Морисом Лебланом в 1890 году. Как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя в наше время, разберемся далее.

Применение электродвигателей в быту

Электрические моторы присутствуют практически во всех сферах нашей жизни. Любой прибор, будь то фен, микроволновка или компьютер, содержит электрические двигатели. Они, конечно, в массе своей миниатюрны, а наша задача — выяснить, как подобрать емкость конденсатора для трехфазного двигателя, имеющего мощность от 180 Вт до 3 кВт. Подобные моторы могут быть применены в таком оборудовании, как наждачный станок, компрессор, циркулярная пила, строгальный станок, дробильная установка для зерна. Естественно, в каждом случае требуется свой тип двигателя, об этом далее подробнее.

Как подобрать двигатель

Каждый станок или другое оборудование имеет свое назначение, естественно, электродвигатель должен соответствовать этому назначению. К примеру, для наждачного станка достаточно 180 Вт мощности, строгальный станок потребует двигателя с большими оборотами, для циркулярной пилы подойдет двигатель 1,1 кВт, компрессор потребует не менее 2,2 кВт. Кроме мощности большую роль играет количество оборотов, «оборотистый» двигатель далеко не всегда лучше «тихоходного».

Полезный совет: если обороты двигателя выше 3000 об/мин, его применять не стоит — при подключении к сети 220 В это, скорее, недостаток, так как запустить его будет сложно.

Как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя в зависимости от его характеристик и области применения, рассмотрим подробнее.

Технические характеристики электродвигателей

Электродвигатели бывают переменного и постоянного тока, с короткозамкнутым и фазным ротором, синхронные и асинхронные. Нас интересуют асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором — именно их чаще всего можно встретить в различном оборудовании.

Главными характеристиками двигателя являются номинальное напряжение, мощность и частота вращения. Для домашнего применения наиболее подходящими являются моторы с мощностью до 3 кВт и до 3000 об/мин. Более мощные и высокооборотные двигатели либо не смогут запуститься от сети 220 В, либо создадут чрезмерную нагрузку. В обоих случаях все преимущества будут утеряны.

На шильдике обычно есть такая надпись: «D/Y 220/380», — это означает, что соединение «треугольник» рассчитано на напряжение 220 В, а «треугольник» на напряжение 380 В. Эти данные необходимы, чтобы узнать, как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя.

При покупке нужно обязательно смотреть, на какое номинальное напряжение рассчитаны обмотки двигателя.

Соединения обмоток электродвигателей

Электродвигатели имеют два типа соединений обмоток — «звезда» и «треугольник». Чтобы подобрать конденсаторы трехфазного двигателя к однофазной сети, нужно точно знать, как соединены обмотки в конкретном двигателе. Для этого нужно открыть клеммную крышку, под ней расположены выводы обмоток и перемычки.

Если двигатель побывал в перемотке, то под крышкой может оказаться только три вывода, это означает, что обмотки соединены в «звезду» и подключить их в «треугольник» невозможно. Использовать его для подключения к сети 220 В затруднительно, поскольку потери мощности будут очень большие.

Для подключения к напряжению 220 В обмотки должны быть соединены в «треугольник». Если пуск двигателя предполагается легким, можно собрать схему, которая будет собирать обмотки в «звезду» при пуске и затем переключать в «треугольник».

В клеммной коробке выводы расположены особым образом. Они подключены так, чтобы было удобно соединять обмотки в «треугольник» при помощи специальных перемычек.

Если обмотки электродвигателя соединены в «звезду», нулевая точка не используется — это правило касается как одно-, так и трехфазного подключения.

Коротко о функциях конденсатора: он сдвигает одну фазу и имитирует двухфазное подключение. Двигатель при этом теряет около 40 % мощности.

Какими бывают конденсаторы

Перед тем как подобрать конденсаторы для трехфазного двигателя, необходимо более подробно о них узнать. В основном конденсаторы делятся на полярные и неполярные. Первая группа — это электролитические конденсаторы большой емкости, обычно с небольшим рабочим напряжением. Они работают только при наличии постоянного напряжения, при подключении к переменному напряжению или превышении номинального напряжения эти конденсаторы взрываются. Применять их можно, если подключать через диод, но это усложняет конструкцию.

Неполярные конденсаторы лучше всего подходят для нашей цели, они работают в сети переменного напряжения. Единственным их недостатком является относительно небольшая емкость.

Как подобрать конденсатор к электродвигателю

Правильный подбор конденсатора обеспечит максимальную для данного подключения мощность, низкий нагрев и плавный пуск электродвигателя. Для этой цели нужно воспользоваться формулами:

• для подключения обмоток в «звезду» — Ср = 2800*P/(√3*U²*η*cosϕ);
• для подключения обмоток в «треугольник» — Ср = 4800*P/(√3*U²*η*cosϕ);
• как подобрать пусковой конденсатор для трехфазного двигателя — Сп = 2,5*Ср.

• Ср – емкость рабочего конденсатора (мкФ);
• Сп – емкость пускового конденсатора (мкФ);
• I – ток в амперах (А);
• U – напряжение сети (В);
• η – КПД двигателя, выраженный в процентах, деленных на 100;
• cosϕ – коэффициент мощности.

I, U, η, cosϕ можно найти на шильдике.

Какой нужен конденсатор для двигателя 3 кВт?

Рабочий — 4800*3/(√3*220 2 *0,85*0,8) = 252 мкФ.

Пусковой — 2,5*252 = 630 мкФ.

Емкости одного конденсатора бывает недостаточно, поэтому приходится набирать несколько конденсаторов. Нужно помнить, что емкость при параллельном подключении суммируется. Рабочее напряжение неполярных конденсаторов должно быть не менее 400 В.

Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение, втрое выше рабочего напряжения сети, диоды применяются с током коллектора не менее 10 ампер.

Схемы подключения электродвигателей к бытовой сети

Схем подключения трехфазного электродвигателя к однофазной сети есть несколько, принцип у них один и тот же, но есть несколько отличий.

1. Схема без пускового конденсатора, обмотки соединены в «треугольник».
2. Схема с пусковым конденсатором, обмотки соединены в «треугольник».
3. Схема с пусковым конденсатором и реверсом, обмотки соединены в «треугольник».

Как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя 180W?

Это один из самых маленьких трехфазных двигателей, которые можно применить в быту. Из него обычно получается хороший наждачный станок. Его обмотки можно включать как в треугольник, так и в звезду, поскольку такой станок обычно работает на холостых оборотах, нагрузка на него незначительная. Согласно вышеуказанной формуле, емкость рабочего конденсатора равна 15 мкФ, пусковой в данном случае применять необязательно.

Меры безопасности

Все работы по подключению электродвигателя должны производиться только при отключенной подаче электроэнергии. Инструмент должен быть исправным, с изолирующими рукоятками.

При монтаже проводов следует избегать скруток, если это по каким-то причинам невозможно, их нужно пропаять и тщательно изолировать.

Для защиты электросети от замыкания применяются автоматические выключатели. Необходимо учитывать, что пусковой ток мощного (5 кВт и выше) и высокооборотного (более 3000 об/мин) двигателя превышает номинальный в 5-7 раз. Ток защитного аппарата должен быть на 25 % выше номинального тока двигателя.

Если применяются электролитические конденсаторы (полярные), для них нужно изготовить металлический закрывающийся ящик, стенки которого изнутри обшить диэлектрическим материалом. При первом пуске двигателя с такими конденсаторами лучше не находиться поблизости.

Некоторые типы конденсаторов имеют корпус в качестве одного из выводов. Соответственно, на корпусе может присутствовать напряжение 220 В, что опасно для жизни. Поэтому конденсаторы лучше поместить в деревянный ящик и изолировать друг от друга.

Электролитические конденсаторы для запуска трехфазного двигателя

РАБОТА ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ

В радиолюбительской практике очень часто используются 3-фазные электродвигатели. Но для их питания совсем необязательно наличие трехфазной сети. О некоторых вариантах запуска электродвигателей, включенных в однофазную сеть, читатели узнают ниже. Наиболее простым способом запуска 3-фаяного двигателя является раскручивание ротора с помощью шнура длиной около метра, предварительно намотанного на вал. Такой способ неудобен и применяется там, где двигатель запускается без нагрузки. При наличии двух одинаковых или близких по мощности электродвигателей один из них можно использовать в качество генератора «сдвинутой» фазы. Делается .это следующим образом. Двигатели включаются по схеме, изображенной на рис. 1.

Один из двигателей запускают, например, первым способом и после разгона оставляют включенным в сеть. Второй двигатель легко запускается при включении рубильника BK.1. Эта схема может быть использована там, где уста-ноилчно несколько двигателей. Любой работающий двигатель позволяет получить «сдвинутую фазу» для другого двигателя, который требуется включить. Наиболее эффективный способ пуска электродвигателя-это подключение третьей обмотки через фазосдви-гагощий конденсатор. Для нормальной работы двигателя с конденсаторным пуском емкость конденсатора должна меняться в зависимости от числа оборотов. Поскольку это условие трудно выполнимо, на практике управление двигателем производят двухступенчато. Включают двигатель с расчетной (пусковой) емкостью конденсатора, а после его разгона пусковой конденсатор отключают, оставляя рабочий (см. рис. 2).

Пусковой конденсатор отключается центробежными выключателями, вручную или специальными схемами (см. «Радио» № 11, 1969 г.). Рабочая емкость конденсатора для 3-фазного двигателя определяется по формуле

если обмотки соединены по схеме «звезда» (рис. 2, а), или

если обмотки соединены по схеме «треугольник» (рис. 2, б). При известной мощности электродвигателя, ток можно определить из выражения

а где Р — мощность двигателя, указанная в паспорте (на щитке), вт;

U- напряжение сети;

cosw — коэффициент мощности;

Емкость пускового конденсатора определяется из соотношения

В целях упрощения расчета приводится таблица выбора емкости конденсатора в зависимости от схемы соединения обмоток при напряжении сети 220 в.

Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети, а конденсатор обязательно бумажным. В качестве пусковых могут быть использованы и электролитические конденсаторы с рабочим напряжением 450 в (схема соединения на рис. 3).

При таком включении корпус конденсаторов находится под напряжением, поэтому его нужно изолировать. Электролитические конденсаторы могут работать только кратковременно.

Для электродвигателя с конденсаторным пуском существует очень простая схема реверсирования. При переключении переключателя Вк1 (рис. 2) двигатель меняет направление вращения. Эксплуатация двигателей с конденсаторным пуском имеет некоторые особенности. При работе электродвигателя вхолостую по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20-40% больше номинального. Поэтому при работе двигателя с недогрузкой нужно уменьшать рабочую емкость. На отключенном пусковом конденсаторе остается электрический заряд, поэтому для разряда его нужно за-шунтировать резистором 150- 200 ком. При перегрузке двигатель может остановиться, для его запуска не-пеобходпыо снова включить пусковой конденсатор.

Как выбрать конденсатор для электродвигателя: запуск трехфазного двигателя и правильный подбор конденсатора (схемы, 90 фото и видео)

Электродвигатели используются в каждом доме, так как они являются движущей силой любого бытового прибора. Кроме того, они являются главным составляющим и электроинструментов. Именно по этой причине домашним мастерам хочется узнать побольше о работе прибора и его характеристиках.

В большинстве случаев электродвигатели имеют систему трехфазного подключения к сети. И для домашней сети они получаются слишком мощными и не отдают полностью свою рабочую силу.

Для таких случаев используется конденсатор для электродвигателя, фото такого прибора в большом количестве есть в сети.

Именно вопрос подключения конденсатора наиболее популярен при интересу к электродвигателю и именно о нем мы поговорим подробно.

Краткое содержимое статьи:

Разновидности конденсаторов пуска

Маломощные электродвигатели, работающие от 200-400 В не нуждаются в установке дополнительного конденсатора пуска. Дело в том, что в каждом устройстве конденсатор уже заранее установлен.

Для слабых по мощности двигателей его достаточно, а вот для того, чтобы работали устройства с повышенной мощностью потребуется дополнительный внешний пусковой конденсатор.

Конденсаторы для асинхронных электродвигателей необходимо подбирать опытным путем, проверяя каждый.

Такой прибор устанавливается параллельно к уже имеющемуся. На некоторое время при разгоне двигателя его оставляют включенным.

Включение и дальнейшая работа конденсатора возможна только при зажатой кнопке пуска. После разгона обязательно потребуется выключить конденсатор, так как при его постоянной работе двигатель будет крутиться на полную мощность.

А при обыкновенной домашней сети с одной фазой это приведет к перегреву и выходу из строя оборудования.

Видов конденсаторов для электродвигателя в настоящее время существует три:

Полярные. Данный вид способен работать только при постоянной подаче тока. Переменное питание быстро выведет из строя электродвигатель.

Неполярные. Они более популярны за счет разнообразных условий работы. То есть такие конденсаторы можно устанавливать и при постоянном токе и при переменном.

С электролитом. Данный вариант конденсатора электродвигателя имеет обычно небольшую емкость и наиболее подходящим вариантом они послужат в использовании к низкочастотным электродвигателям.

Как подобрать конденсатор для двигателя

При выборе конденсатора на трехфазный двигатель важно помнить о том, что мощность в нем должна иметь десятки и сотни микрофарад.

Но электролитические конденсаторы с такой целью выбирать не рекомендуется.

Для них понадобится однополярное подключение, а это потребует установки дополнительного оборудования.

Кроме того, данный вариант может привести к быстрому выходу двигателя из строя в связи с перегревом.

Так же необходимо уметь отличать рабочий конденсатор от пускового. Первый вариант работает на протяжении всего цикла действий двигателя, а второй только помогает ему запуститься.

Рабочий не стоит выбирать, так как его мощность вдвое меньше чем у пускового.

При правильно сделанном выборе конденсатора его рабочие показатели повысятся.

Кроме того, конденсатор, подходящий к двигателю позволит значительно продлить жизнь мотора.

Как подключать конденсаторы

Подключение любого вида конденсаторов должно производиться по точной схеме. Рабочий конденсатор подключается снизу, а пусковой выше параллельно ем.

Кроме того, важно не забыть подключить кнопку пуска, при этом следите за последовательностью проводов.

При помощи такой схемы можно подключать и конденсаторы на проверку. При суммировании мощностей рабочего и пускового конденсаторов будет получаться, что мощность меняется.

Здесь уже требуется наблюдать за состоянием работы непосредственно самого электродвигателя. Если он работает хорошо, то выбрана нужная мощность.

Также можно подключать последовательно несколько конденсаторов пускового типа и смотреть за двигателем.

Включаем трехфазный двигатель

Включаем трехфазный двигатель

Многие любители мастерить нередко пытаются приспособить трехфазные электродвигатели для различных самодельных станков: заточных, сверлильных, деревообрабатывающих и других. Но вот беда— не каждый знает, как питать такой электродвигатель от однофазной сети. Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей наиболее простой и эффективный — с подключением третьей обмотки через фазосдвигающнй конденсатор. Полезная мощность, развиваемая при этом электромотором, составляет 50—60 % его мощности в трЈхфазном режиме. Однако не все трехфазные электродвигатели хорошо работают от однофазной сети. К ним относятся, например, электромоторы с двойной клеткой короткозамкнутого ротора серии МД. Поэтому предпочтение следует отдать трехфазным электродвигателям серий А, АО, АО2, АОЛ, АПН, УАД и др. Чтобы электромотор с конденсаторным пуском работал нормально, емкость конденсатора должна меняться в зависимости от числа оборотов. Поскольку на практике это условие выполнить трудно, двигателем обычно управляют двухступенчато — сначала включают с пусковым конденсатором, а после разгона его отсоединяют, оставляя только рабочий.

Рис. 2. Схема соединения электролитических конденсаторов
Рис. 3. Электрическая схема пускового устройства для трехфазного электродвигателя мощностью 0,5 кВт

Если в паспорте электродвигателя указано напряжение 220/380 В, то включить мотор в однофазную сеть с напряжением 220 В можно по схеме, приведенной на рисунке 1. При нажатии на кнопку SB1 электродвигатель M1 начнет разгоняться, а когда он наберет обороты, кнопку отпускают — SВ1.2 размыкается, a SB1.1 и SВ1.3 остаются замкнутыми. Их размыкают для остановки электродвигателя. При соединении обмоток электродвигателя в «треугольник» емкость рабочего конденсатора определяют по формуле: Ср = 4800 x (I / U), где: Ср — емкость конденсатора, мкФ; I — потребляемый электродвигателем ток, А; U — напряжение сети, В. Если мощность электродвигателя известна, потребляемый им ток определяют по формуле: I = P / (1.73 x U x n x cos f ), где: Р — мощность электродвигателя (указана в паспорте>, Вт; U — напряжение сети. В; n — КПД, cos f — коэффициент мощности.

Емкость пускового конденсатора выбирают в 2-2,5 раза больше рабочего, а их допустимые напряжения должны не менее чем в 1,5 раза превышать напряжение сети. Для сети 220 В лучше применить конденсаторы марки МБГО, МБГП, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. В качестве пусковых можно использовать и электролитические конденсаторы К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В (при условии кратковременного включения). Для большей надежности их включают по схеме, показанной на рисунке 2. Общая емкость при этом равна с/2. Пусковые конденсаторы зашунтируйте резистором сопротивлением 200—500 кОм, через который будет «стекать» оставшийся электрический заряд. Эксплуатация электродвигателя с конденсаторным пуском имеет некоторые особенности. При работе в режиме холостого хода по питаемой через конденсатор обмотке протекает ток, на 20-40 % превышающий номинальный. Поэтому, если электромотор будет часто использоваться в недогруженном режиме или вхолостую, емкость конденсатора Ср следует уменьшить. При перегрузке электродвигатель может остановиться, тогда для его запуска снова подключите пусковой конденсатор (сняв или снизив до минимума нагрузку на валу). На практике значения емкостей рабочих и пусковых конденсаторов в зависимости от мощности электродвигателя определяют из таблицы.

Для запуска электродвигателя на холостом ходу или с небольшой нагрузкой емкость конденсатора Сп можно уменьшить. Например, для включения электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать в качестве рабочего конденсатор емкостью 230 мкФ, пускового —150 мкФ. При этом электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу. Реверсирование электромотора осуществляют путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1 (рис, 1). На рисунке 3 приведена электрическая схема переносного универсального блока для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от однофазной сети без реверсирования. При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель, КМ1 (тумблер SA1 замкнут и своей контактной системой КМ1.1, КМ1.2 подсоединяет электродвигатель Ml к сети220 В. Одновременно третья контактная группа КМ1.3 блокирует кнопку SB1. После полного разгона электродвигателя пусковой конденсатор С1 отключают тумблером SA1. Останавливают электромотор нажатием на кнопку SB2.

В устройстве применены магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В; SB1, SB2 — спаренные кнопки ПКЕ 612, SA1—тумблер Т2-1; резисторы: R1 — проволочный ПЭ-20, R2 — МЛТ-2, С1, С2 — конденсаторы МБГЧ на напряжение 400 В (С2 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ х 400 В); HL1 — лампа КМ-24 (24 В, 100 мА, M1 — электродвигатель 4А71А4 (АО2-21-4) на 0,55 кВт, 1420 об/мин.

Пусковое устройство смонтировано в жестяном корпусе размером 170х140х70 мм (рис. 4). На верхней панели расположены кнопки «Пуск» и «Стоп», сигнальная лампа и тумблер отключения пускового конденсатора. На передней боковой стенке установлен самодельный трехконтактный разъем, изготовленный из трех отрезков медной трубки и круглой электровилки, в которой добавлен третий штифт. Пользоваться тумблером SA1 (рис. 3) не совсем удобно.

Рис. 4. Внешний вид пускового устройства: 1 — корпус, 2 — ручка для переноски, 3 — сигнальная лампа, 4 — тумблер отключения пускового конденсатора, 5 — кнопки «Пуск» и «Стоп», 6 — доработанная электровилка, 7 — панель с гнездами разъема.
Рис. 5. Электрическая схема пускового устройства с автоматическим отключением конденсатора Сп.

Поэтому лучше, если пусковой конденсатор будет отключаться автоматически с помощью дополнительного реле К1 (рис. 5) типа МКУ-48. При нажатии на кнопку SB1 оно срабатывает и своей контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 — пусковой конденсатор Сп. В свою очередь, магнитный пускатель КМ1 самоблокируется с помощью своей контактной системы КМ1.1, а КМ1.2 и КМ1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку SB1 держат нажатой до полного разгона электромотора, а затем отпускают — реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В то же время магнитный пускатель КМ1 остается включенным, обеспечивая питание электродвигателя в рабочем режиме. Останавливают электромотор нажатием на кнопку SB2 «Стоп». В заключение несколько слов об усовершенствованиях, расширяющих возможности пускового устройства. Конденсаторы Ср и Сп можно сделать составными со ступенями по 10—20 мкФ и подсоединять их многолозицмонными переключателями (или двумя-четырьмя тумблерами) в зависимости от параметров запускаемых электродвигателей. Лампу накаливания HL1 с гасящим проволочным резистором рекомендуем заменить на неоновую с дополнительным резистором небольшой мощности; вместо спаренных кнопок ПКЕ612 применить две одиночные любого типа; плавкие предохранители можно заменить автоматическими на соответствующий ток отсечки.