Конденсатор в електродвигуні: що це таке і для чого він потрібен
Асинхронні мотори активно використовуються в побуті та на виробництві. При запуску в деяких випадках для них може не вистачити моменту, що крутить. Щоб вирішити цю проблему, використовується пусковий ланцюг із особливим чином підібраним конденсатором. Щоб правильно його вибрати та використовувати, потрібно знати, навіщо потрібен конденсатор у електродвигуні та як правильно визначити його характеристики.
Зміст статті [приховати] [показати]
- Що таке пусковий конденсатор
- Що таке конденсатор
- Використання асинхронних двигунів
- Які характеристики враховують при виборі
- Як вибрати пусковий конденсатор
- Перевірка під час встановлення
- Різниця між пусковим та робочим конденсаторами
- Як впливає величина навантаження на вибір конденсаторів
- Найбільш поширені в Росії моделі
- Поради щодо використання
- Висновок
Що таке пусковий конденсатор
Коли електродвигун перебуває у робочому режимі, його рух забезпечується обмотками. Однак, коли в момент старту потрібно почати обертання, звичайних зусиль двигуна недостатньо. Без використання додаткових коштів він тільки почне злегка тремтіти.
Зазвичай одним із елементів двигуна є робочий конденсатор. Він накопичує заряд, здатний перевищувати робочу напругу, та був віддає їх у потрібний момент. Однак для запуску його роботи недостатньо. Для цього потрібно паралельно підключити ще один конденсатор, який називають пусковим.
Його запускають на короткий час, який не перевищує кількох секунд. Іноді це роблять за допомогою короткочасного натискання пускової кнопки, а іноді вимкнення виробляють автоматично після того, як двигун почав набирати обертів.
Використання пускового конденсатора особливо важливо у випадках, коли двигун потрібно запустити під навантаженням. В цьому випадку потрібно збільшити стартовий момент протягом перших секунд роботи.
У деяких випадках двигун запускають із незначним навантаженням. У такому випадку конденсатор може не знадобитися. Це застосовується для двигунів, потужність яких не перевищує 1 кВт. Відмова від його використання дозволить спростити схему та знизити витрати. Іноді навантаження може бути пов'язане з особливостями конструкції. У такому разі можна вжити заходів для її зниження, що полегшить запуск двигуна надалі.
Що таке конденсатор
Ця деталь містить дві металеві пластини, між якими знаходиться шар діелектрика. Коли до пластин підключають напругу, на них накопичується заряд. Електричне знаходиться усередині конденсатора. Воно тим сильніше, що більший заряд знаходиться на пластинах.
Якщо від'єднати напругу від пластин, конденсатор починає віддавати заряд. Якщо використовується змінний струм, то полярність напруги періодично змінюватиметься. При цьому на пластинах буде поперемінно позитивний, то негативний заряд.
Місткість конденсатора є його найважливішою характеристикою. Вона характеризує те, скільки енергії він може пропустити через себе. Її вимірюють у фарадах. Оскільки йдеться про дуже велику величину, зазвичай застосовуються приставки, які позначають, наскільки невелика частина використовується. Найчастіше використовуються мікрофаради (така одиниці дорівнюють 0,000001 фаради).
Для кожного конденсатора існує номінальна напруга. При ньому ця деталь здатна довго та надійно працювати. Обов'язково вказується гранична величина напрацювання, що виражається у кількості годинника.
Існують різні типи конденсаторів:
- Полярні розраховані використання у ланцюгах постійного струму. Важливою особливістю є необхідність підключення відповідно до зазначеної на них полярності. Вони зазвичай мають невеликі розміри та відносно велику ємність.
- Неполярні можуть підключатися незалежно від полярності. Їх використовують у ланцюгах змінного струму. У них розміри більші, ніж у полярних.
- Електролітичні. Вони як пластин використовуються листи фольги, а діелектриком є тонкий шар оксиду.
Для використання як пусковий конденсатор найкраще підходять електролітичні. Їх часто використовують при частоті змінного струму 50 Гц та напрузі 220-600 вольт. Конденсатори можуть мати досить високу ємність, вона може становити сотні тисяч мікрофарад.
Ці деталі мають високу вразливість до перегріву. При порушенні теплового режиму вони швидко виходять із ладу. Неполярні конденсатори не мають цього недоліку, проте коштують у кілька разів дорожче.
При паралельному підключенні ємності складаються. Якщо її не вистачає, для збільшення можна паралельно підключити додаткову деталь. У цій ситуації немає потреби заново збирати пусковий ланцюг.
Використовуються також інші типи конденсаторів. Наприклад, це можуть бути вакуумні, рідинні, газові та інші. Однак як пускові конденсатори їх не використовують.
Іноді той конденсатор, який є у конструкції, не справляється із запуском. У такому разі його рекомендується видалити, а замість нього поставити той, який має велику ємність. Для малопотужних двигунів допустимо, щоб один конденсатор виконував функції робочого та пускового.
Використання полярних конденсаторів за умов змінної напруги можливе тоді, коли підключення виконано через діод. Тепер полярність контактів не змінюватиметься. Однак якщо діод буде несправний, деталь вийде з ладу.
Використання асинхронних двигунів
Трифазні та однофазні двигуни асинхронного типу активно використовуються в різних галузях господарства. Для цього є кілька причин:
- Простота конструкції.
- Надійність та довговічність при використанні.
- Для того, щоб запустити мотор, немає необхідності використовувати дорогі та дефіцитні пристрої.
- Двигун не вимагає надто частого проведення технічного обслуговування.
На вигляд можна легко відрізнити трифазні двигуни від однофазних. У перших завжди є 6 клем, а у других їх кількість дорівнює двом або чотирьом.
У трифазних двигунів обмотки підключаються двома способами: зіркою або трикутником. Вони передбачають використання напруги, що становить 380 вольт. Однак у побуті воно застосовується рідко. Щоб використовувати такий двигун, потрібно знати, як його правильно підключати.
Це роблять з використанням фазозсувного конденсатора. Це дозволить використовувати трифазні двигуни під час підключення до однофазної мережі. У цьому випадку потужність мотора дорівнюватиме 50%-60% від номінальної.
Оптимальність роботи трифазного двигуна забезпечується за умови застосування змінної ємності. Щоб так зробити, на першому етапі застосовують робочий та пусковий конденсатори, а на другому — лише перший із них.
У побуті часто використовуються асинхронні однофазні двигуни. Для запуску зазвичай потрібна додаткова обмотка.
При виборі ємності конденсатора необхідно враховувати, як залежить від неї величина пускового моменту. При збільшенні цієї характеристики відбувається збільшення зусилля. За певного значення воно стає максимальним. Після подальшого збільшення пусковий момент падатиме.
Які характеристики враховують при виборі
Встановлення конденсатора має бути зроблено строго за відповідними правилами. Його вибір проводиться на основі наступної інформації:
- Тип двигуна (однофазний або трифазний) та спосіб з'єднання обмоток (трикутником або зіркою).
- Мережа живлення, що використовується. У побутових умовах найчастіше можна зустріти 220 в. Також використовується напруга живлення 380 за умови, що мережа трифазна. Останній варіант часто застосовується у промислових умовах.
- Потужність двигуна.
- Коефіцієнт потужності найчастіше дорівнює 0,9.
- Коефіцієнт корисної дії електродвигуна.
Ці дані можна отримати з інструкції з експлуатації електродвигуна. Дані електромережі мають бути доступні з інших джерел. Для обчислень можна скористатися онлайн калькулятором або зробити розрахунки самостійно.
Існують додаткові параметри, які також необхідно взяти до уваги:
- Допустиме відхилення від розрахункового значення.
- Температурний діапазон, у якому має відбуватися робота деталі. Для деяких різновидів вихід за межі може призвести до поломки.
- Рівень опору діелектрика, що використовується.
- Тангенс кута втрат.
Ці параметри немає вирішального значення. Тож про них часто забувають. Однак, чим ретельніше підібраний пусковий конденсатор, тим надійніше і довговічніше відбуватиметься робота двигуна.
Додатково потрібно звернути увагу на розмір та розташування деталі. Зазвичай із збільшенням ємності збільшуються розміри деталі. Іноді може бути вибір між марками різних виробників. Потрібно вибирати ті, які випускають якісніші та надійніші деталі.
Як вибрати пусковий конденсатор
Щоб він працював найефективніше, потрібно правильно підібрати ємність. Для обчислення використовуються різні формули, залежно від способу з'єднання обмоток. Обчислення виконуються так:
- Потрібно визначити робочі струм та напругу роботи двигуна. При проведенні обчислень для них застосовуються позначення I і U. Величину струму беруть з інструкції з експлуатації для мотора, а як U беруть те, що забезпечується напругою живлення.
- Місткість визначають за формулою C = (K х I) / U.
Якщо з'єднання обмоток виконано трикутником, використовується K = 4800, а при з'єднанні зіркою має бути K = 2800. Результат обчислень є ємністю, вираженою в мікрофарадах.
При розрахунках слід враховувати номінальний струм. Йдеться про максимально допустимий робочий струм в умовах, коли робота двигуна відбувається в нормальному режимі. Фактично його величина залежить від наявного навантаження. Якщо її немає, то значення буде мінімальним.
Це значення називають струмом холостого ходу. Воно фактично є компенсацією втрат, пов'язаних із втратами енергії в обмотках, діелектриками, тертям та іншими аналогічними причинами.
Якщо поступово збільшувати навантаження, то струм зростатиме. Потім він досягне номінального значення. При подальшому зростанні струм буде зростати, як і раніше, але оберти почнуть падати. Тривале перебування в цьому режимі призведе до підвищеного зношування обладнання та до можливої поломки.
Визначити номінальний струм можна не тільки з інструкції з експлуатації, але й самостійно виміряти. У разі його величина буде визначено точніше. Такий вимір можна провести в такий спосіб:
- Вимикають конденсатори.
- Запускають двигун у робочому режимі.
- За допомогою струмовимірювальних кліщів визначають силу струму.
На основі отриманого значення визначають необхідну ємність. Потім набувають потрібної деталі і встановлюють її. У цьому допускається відхилення від розрахункової величини трохи більше, ніж 15%.
При підключенні однофазного двигуна ємність робочого конденсатора визначають наступним чином. Потрібно на кожні 100 Вт номінальної потужності взяти по 7 мікрофарад. Для пускового ємність вибирають у 2-3 рази більше. Однофазні асинхронні двигуни часто використовуються в домашній побутовій техніці.
Для цієї мети зазвичай вибирають конденсатори наступних конструкцій:
- металобумажні, високочастотні, що мають позначення МБГЛ;
- термостійкі паперового типу, що відносяться до різновиду БГТ;
- паперові у герметичному металевому корпусі - КБГ-МН.
Якщо необхідно забезпечити обертання двигуна у зворотному напрямку, потрібно змінити під'єднання до конденсатора. Для цього досить просто поміняти місцями клеми. Якщо йдеться про заміну вже існуючої деталі, то зручніше вибрати її з тими ж характеристиками, що і раніше.
Як робітник необхідно використовувати неполярний конденсатор, призначений для використання зі змінним струмом. Це з тим, що у процесі роботи постійно змінюватися полярність. Однак як пускового допустимо використання полярного. Для того, щоб запобігти зміні знака напруги, необхідно підключити цю деталь через діод.
Перевірка під час встановлення
Після того, як було обрано відповідний пусковий конденсатор, його необхідно перевірити. Для цього необхідно виконати такі дії:
- Спочатку необхідно від електромотора вимкнути живлення.
- Потрібно знеструмити конденсатор, оскільки на ньому міг залишитися залишковий заряд. Для цього потрібно закоротити його обмотки.
- Тепер потрібно зняти одну з клем та підключити прилад для вимірювання ємності.
- Щупи підключають до висновків конденсатора. Після цього вимірювальний пристрій покаже точне значення ємності.
При використанні мультиметра потрібно встановити головний перемикач в режим вимірювання ємності.
Під час проведення розрахунків можна використовувати спрощений варіант. Відомо, що пусковий струм може перевищувати номінальний у 3-8 разів. Тому можна просто використовувати ємність у 2-3 рази більшу, ніж у робочого конденсатора. Якщо ємності для запуску недостатньо, досить просто взяти відповідний конденсатор.
Різниця між пусковим та робочим конденсаторами
Щоб краще розуміти, навіщо потрібен пусковий конденсатор, які особливості їх застосування, треба зазначити їх відмінності. Основними є такі:
- Вони мають різне місце установки. Робочий є частиною ланцюга робочих обмоток двигуна. Пусковий є частиною ланцюга запуску мотора.
- Конденсатори відрізняються тим, коли вони повинні працювати. Пусковий включений у ланцюг протягом перших кількох секунд після запуску. Потім його відключають у ручному автоматичному режимі. Робочий виконує свої функції протягом усього часу, поки працює двигун.
- У кожного є свої функції. Пусковий забезпечує зсув фаз між обмотками для забезпечення основного зусилля при початковому запуску двигуна. Робочий забезпечує обертання фаз, необхідне нормальної роботи електромотора.
- Для кожного типу конденсаторів розрізняються вимоги щодо робочої напруги. Пусковий повинен бути розрахований на таке, що перевищує живильне в 2-3 рази. Робочий повинен бути розрахований на таке, яке більше надходить у 1,15 рази.
В обох випадках найчастіше використовують конденсатори типів МБГО, МБГЛ.
Як впливає величина навантаження на вибір конденсаторів
Якщо деталь обрана відповідно до наведених тут розрахунків, вона добре підійде при рівномірному навантаженні. Прикладом такої ситуації є робота вентилятора.
Якщо навантаження змінюється, то тут можна скористатися наступною хитрістю. Наприклад, можна розглядати циркулярну пилку, за допомогою якої розпилюють дошки та колоди. У першому випадку очевидно, що навантаження менше, а в другому більше.
Наприклад, якщо були зроблені розрахунки по номінальному струму та отримана ємність, що дорівнює 10 мкф, то потрібно використовувати такий робочий конденсатор при розпилюванні дощок. Для роботи з колод його швидше за все буде недостатньо. У цьому випадку при виконанні роботи підключають дві деталі паралельно.
Якщо цього не зробити, двигун втратить потужність. В результаті він перегріватиметься і для роботи на ньому потрібно робити перерви, щоб дати мотору охолонути.
Найбільш поширені в Росії моделі
Найчастіше можна зустріти у продажу такі марки:
- Конденсатори марки СВВ-60 з виконанням у металізованому поліпропіленовому варіанті. Вони відрізняються порівняно високою ціною.
- Плівкові марки HTC мають досить високий рівень якості, але коштують трохи менше, ніж СВВ-60.
- Е92 є бюджетним варіантом пускових конденсаторів. Вони мають відносно невисоку ціну, але як і надійність поступаються попереднім двом варіантам.
Існує також низка інших моделей, але вони поширені меншою мірою.
Поради щодо використання
Визначення необхідних характеристик та вибір моделі потребують значних зусиль. У зв'язку з цим є сенс взяти до уваги кілька порад:
- Обов'язковим є використання пускового конденсатора під час роботи з моторами великої потужності або у випадках, коли доводиться запускати обертання валу з навантаженням.
- Двигуни потужністю менше 1 кВт зазвичай можуть працювати без використання пускового конденсатора. Такі двигуни часто використовуються в побутовій техніці.
Виконуючи підключення пускового ланцюга, потрібно ретельно виконувати всі необхідні правила. Помилка може спричинити поломку або аварійну ситуацію.
Висновок
Конденсаторне пускове підключення корисно використовувати в тих випадках, коли двигун перебуває під навантаженням і для його запуску потрібно значне зусилля. Пусковий конденсатор також корисний при підключенні трифазного двигуна до однофазної електромережі. Його ємність має бути розрахована на основі номінального струму та напруги мережі. Якщо величина недостатньо, необхідно змінити конденсатор той, який має велику потужність.
