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:
- Треугольник.
- 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.
| РАБОЧИЙ | ПУСКОВОЙ | |
| Где применяется | В цепи рабочих обмоток асинхронного двигателя | В пусковой цепи |
| Выполняемые функции | Создание вращающегося электромагнитного поля для работы электромотора | Сдвиг фаз между пусковой и рабочей обмоткой, запуск двигателя под нагрузкой |
| Время работы | От включения до окончания работы | Во время запуска до выхода на нужный режим. |
| Тип конденсатора | МБГО, МБГЧ и подобные нужного номинала и напряжения 1,15 выше питающего | МБГО, МБГЧ и подобные нужного номинала и на рабочее напряжение в 2-3 раза превышающее напряжение питания |
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.
Для обеспечения надежной работы электродвигателя используются пусковые конденсаторы.
Наибольшая нагрузка на электродвигатель действует на момент его старта. Именно в этой ситуации пусковой конденсатор начинает работать. Также отметим, что во многих ситуациях пуск проводится под нагрузку. В этом случае, нагрузка на обмотки и другие компоненты очень велика. Какая же конструкция позволяет снизить нагрузку?
Все конденсаторы, в том числе и пусковые, имеют следующие особенности:
- В качестве диэлектрика используется специальный материал. В рассматриваемом случае, часто используется оксидная пленка, которую наносят на один из электродов.
- Большая емкость при малых габаритных размерах – особенность полярных накопителей.
- Неполярные имеют большую стоимость и размеры, но они могут использоваться без учета полярности в цепи.
Подобная конструкция представляет собой сочетание 2 проводников, которые разделяет диэлектрик. Применение современных материалов позволяет значительно повысить показатель емкости и уменьшить его габаритные размеры, а также повысить его надежность. Многие при внушительных рабочих показателях имеют размеры не более 50 миллиметров.
Назначение и преимущества
Используются конденсаторы рассматриваемого типа в системе подключения . В данном случае, он работает только на момент пуска, до набора рабочей скорости.
Наличие подобного элемента в системе определяет следующее:
- Пусковая емкость позволяет приблизить состояние электрического поля к круговому.
- Проводится значительное повышение показателя магнитного потока.
- Повышается пусковой момент, значительно улучшается работа двигателя.
Без наличия этого элемента в системе, срок службы двигателя значительно уменьшается. Это связано с тем, что сложный пуск приводит к определенным сложностям.
Сеть переменного тока может служить источником питания в случае с использованием рассматриваемого типа конденсатора. Практически все используемые варианты исполнения неполярные, они имеют сравнительно больше для оксидных конденсаторов рабочее напряжение.
Преимущества сети, которая имеет подобный элемент, заключаются в следующем:
- Более простой пуск двигателя.
- Срок службы двигателя значительно больше.
Пусковой конденсатор работает на протяжении нескольких секунд на момент старта двигателя.
Схемы подключения
схема подключения электродвигателя с пусковым конденсатором
Большее распространение получила схема, которая имеет в сети пусковой конденсатор.
Данная схема имеет определенные нюансы:
- Пусковая обмотка и конденсатор включаются на момент старта двигателя.
- Дополнительная обмотка работает небольшое время.
- Термореле включается в цепь для защиты от перегрева дополнительной обмотки.
При необходимости обеспечения высокого момента во время пуска, в цепь включается пусковой конденсатор, который подключается вместе с рабочим. Стоит отметить, что довольно часто его емкость определяется опытным путем для достижения наибольшего пускового момента. При этом, согласно проведенным измерениям, величина его емкости должна быть в 2-3 раза больше.
К основным моментам создания цепи питания электродвигателя, можно отнести следующее:
- От источника тока , 1 ветка идет на рабочий конденсатор. Он работает на протяжении всего времени, поэтому и получил подобное название.
- Перед ним есть разветвление , которое идет на выключатель. Кроме выключателя может использоваться и другой элемент, который проводит пуск двигателя.
- После выключателя устанавливается пусковой конденсатор. Он срабатывает в течение нескольких секунд, пока ротор не наберет обороты.
- Оба конденсатора идут к двигателю.
Подобным образом можно провести подключение .
Стоит отметить, что рабочий конденсатор присутствует в цепи практически постоянно. Поэтому стоит помнить о том, что они должны быть подключены параллельно.
Выбор пускового конденсатора для электродвигателя
Современный подход к данному вопросу предусматривает использование специальных калькуляторов в интернете, которые проводят быстрый и точный расчет.
Для проведения расчета следует знать и ввести нижеприведенные показатели:
- Тип соединения обмоток двигателя : треугольник или звезда. От типа соединения зависит также и емкость.
- Мощность двигателя является одним из определяющих факторов. Этот показатель измеряется в Ваттах.
- Напряжение сети учитывается при расчетах. Как правило, оно может быть 220 или 380 Вольт.
- Коэффициент мощности – постоянное значение, которое зачастую составляет 0,9. Однако, есть возможность изменить этот показатель при расчете.
- КПД электродвигателя также оказывает влияние на проводимые расчеты. Эту информацию, как и другую, можно узнать, изучив нанесенную информацию производителем. Если ее нет, следует ввести модель двигателя в интернете для поиска информации о том, какой КПД. Также, можно ввести приблизительное значение, которое свойственно для подобных моделей. Стоит помнить, что КПД может изменяться в зависимости от состояния электродвигателя.
Подобная информация вводится в соответствующие поля и проводится автоматический расчет. При этом, получаем емкость рабочего конденсата, а пусковой должен иметь показатель в 2,5 раза больше.
Провести подобный расчет можно самостоятельно.
Для этого можно воспользоваться следующими формулами:
- Для типа соединения обмоток «звезда», определение емкости проводится при использовании следующей формулы: Cр=2800*I/U. В случае соединения обмоток «треугольником», используется формула Cр=4800*I/U. Как видно из вышеприведенной информации, тип соединения является определяющим фактором.
- Вышеприведенные формулы определяют необходимость расчета величины тока, который проходит в системе. Для этого используется формула: I=P/1,73Uηcosφ. Для расчета понадобятся показатели работы двигателя.
- После вычисления тока можно найти показатель емкости рабочего конденсатора.
- Пусковой , как ранее было отмечено, в 2 или 3 раза должен превосходить по показателю емкости рабочий.
При выборе, стоит также учесть нижеприведенные нюансы:
- Интервал рабочей температуры.
- Возможное отклонение от расчетной емкости.
- Сопротивление изоляции.
- Тангенс угла потерь.
Обычно на вышеуказанные параметры не обращают особого внимания. Однако их можно учесть для создания идеальной системы питания электродвигателя.
Габаритные размеры также могут стать определяющим фактором. При этом, можно выделить следующую зависимость:
- Увеличение емкости приводит к увеличению диаметрального размера и расстояния выхода.
- Наиболее распространенный максимальный диаметр 50 миллиметров при емкости 400 мкФ. При этом, высота составляет 100 миллиметров.
Кроме этого, стоит учитывать, что на рынке можно встретить модели от иностранных и отечественных производителей. Как правило, зарубежные имеют большую стоимость, но и надежнее. Российские варианты исполнения также часто используются при создании сети подключения электродвигателя.
Обзор моделей
конденсатор CBB-60
Существует несколько популярных моделей, которые можно встретить в продаже.
Стоит отметить, что эти модели отличаются не по емкости, а по виду конструкции:
- Металлизированные полипропиленовые варианты исполнения марки СВВ-60. Стоимость подобного варианта исполнения около 300 рублей.
- Пленочные марки НТС стоят несколько дешевле. При одинаковой емкости, стоимость составляет около 200 рублей.
- Э92 – продукция отечественных производителей. Их стоимость небольшая – порядком 120-150 рублей при той же емкости.
Существуют и другие модели, зачастую они отличаются типом используемого диэлектрика и видом изоляционного материала.
- Зачастую , работа электродвигателя может происходить без включения в цепь пускового конденсатора.
- Включать этот элемент в цепь рекомендуется только в том случае, если производится пуск под нагрузку.
- Также , большая мощность двигателя также требует наличие подобного элементам в цепи.
- Особое внимание стоит уделить процедуре подключения, так как нарушение целостности конструкции приведет к ее неисправности.
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.
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
Пусковой и рабочий конденсаторы служат для запуска и работы элетродвигателей работающих в однофазной сети 220 В.
Поэтому их ещё называют фазосдвигающими.
Место установки - между линией питания и пусковой обмоткой электродвигателя.
Условное обозначение конденсаторов на схемах
Графическое обозначение на схеме показано на рисунке, буквенное обозначение-С и порядковый номер по схеме.
Основные параметры конденсаторов
Ёмкость конденсатора -характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.).
Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).
Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.
Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:
- 400 В - 10000 часов
- 450 В - 5000 часов
- 500 В - 1000 часов
Проверка пускового и рабочего конденсаторов
Проверить конденсатор можно с помощью измерителя ёмкости конденсаторов, такие приборы выпускаются как отдельно, так и в составе мультиметра- универсального прибора, который может измерять много параметров. Рассмотрим проверку мультиметром.
- обесточиваем кондиционер
- разряжаем конденсатор, закоротив еговыводы
- снимаем одну из клемм (любую)
- выставляем прибор на измерение ёмкости конденсаторов
- прислоняем щупы к выводам конденсатора
- считываем с экрана значение ёмкости
У всех приборов разное обозначение режима измерения конденсаторов, основные типы ниже на картинках.
В этом мультиметре режим выбирается переключателем, его необходимо поставить в режим Fcх.Щупы включить в гнёзда с обозначением Сх.
Переключение предела измерения ёмкости ручное. Максимальное значение 100 мкФ.
У этого измерительного прибора автоматический режим, необходимо только его выбрать, как показано на картинке.
Измерительный пинцет от Mastech также автоматически измеряет ёмкость, необходимо только выбрать режим кнопкой FUNC, нажимая её, пока не появится индикация F.
Для проверки ёмкости, считываем на корпусе конденсатора её значение и ставим заведомо больший предел измерения на приборе. (Если он не автоматический)
К примеру, номинал 2,5 мкФ (μF), на приборе ставим 20 мкФ (μF).
После подсоединения щупов к выводам конденсатора ждём показаний на экране, к примеру время измерения ёмкости 40 мкФ первым прибором - менее одной секунды, вторым - более одной минуты, так что следует ждать.
Если номинал не соответствует указанному на корпусе конденсатора, то его необходимо заменить и если нужно подобрать аналог.
Замена и подбор пускового/рабочего конденсатора
Если имеется оригинальный конденсатор, то понятно, что просто-напросто необходимо поставить его на место старого и всё. Полярность не имеет значения, то есть выводы конденсатора не имеют обозначений плюс "+" и минус "-" и их можно подключить как угодно.
Категорически нельзя применять электролитические конденсаторы (узнать их можно по меньшим размерам, при той же ёмкости, и обозначению плюс и минус на корпусе). Как следствие применения - термическое разрушение. Для этих целей производители специально выпускают неполярные конденсаторы для работы в цепи переменного тока, которые имеют удобное крепление и плоские клеммы, для быстрой установки.
Если нужного номинала нет, то его можно получить параллельным соединением конденсаторов . Общая ёмкость будет равна сумме двух конденсаторов:
С общ =С 1 +С 2 +...С п
То есть, если соединить два конденсатора по 35 мкФ, получим общую ёмкость 70 мкФ, напряжение при котором они смогут работать будет соответствовать их номинальному напряжению.
Такая замена абсолютно равноценна одному конденсатору большей ёмкости.
Типы конденсаторов
Для запуска мощных двигателей компрессоров применяют маслонаполненные неполярные конденсаторы.
Корпус внутри заполнен маслом для хорошей передачи тепла на поверхность корпуса. Корпус обычно металлический, аллюминиевый.
Самые доступные конденсаторы такого типа CBB65 .
Для запуска менее мощной нагрузки, например двигателей вентиляторов, используют сухие конденсаторы, корпус которых, обычно, пластмассовый.
Наиболее распространённые конденсаторы этого типа CBB60 , CBB61 .
Клеммы для удобства соединения сдвоенные или счетверённые.
Хорошо, если можно подключить двигатель к необходимому типу напряжения. А, если такой возможности нет? Это становится головной болью, поскольку не все знают, как использовать трехфазную версию двигателя на основе однофазных сетей. Такая проблема появляется в различных случаях, может быть, необходимо использовать двигатель для наждачного или сверлильного станка — помогут конденсаторы. Но они бывают множества видов, и не каждый сможет в них разобраться.
Чтобы вы получили представление об их функциональности далее разберемся, как выбрать конденсатор для электродвигателя. В первую очередь рекомендуем определиться с правильной емкостью этого вспомогательного устройства, и способами ее точного расчета.
А, что такое конденсатор?
Его устройство отличается простотой и надежностью — внутри две параллельные пластины в пространстве между ними установлен диэлектрик необходимый для защиты от поляризации в виде заряда, создающегося проводниками. Но различные виды конденсаторов для электродвигателей отличаются поэтому легко ошибиться в момент приобретения.
Рассмотрим их по отдельности:
Полярные версии не подходят для подключения на основе переменного напряжения, поскольку увеличивается опасность исчезновения диэлектрика, что неминуемо приведет к перегреву и возникновению аварийной ситуации — возгоранию либо появлению короткого замыкания.
Версии неполярного типа отличаются качественным взаимодействием с любым напряжением, что обусловлено универсальным вариантом обкладки — она успешно сочетается с повышенной мощностью тока и различными видами диэлектриков.
Электролитические часто называются оксидными считаются лучшими для работы с электродвигателями на основе низкой частоты, поскольку их максимальная емкость, может, достигать 100000 МКФ. Это возможно за счет тонкого вида оксидной пленки, входящей в конструкцию в качестве электрода.
Теперь ознакомьтесь с фото конденсаторов для электродвигателя — это поможет отличить их по внешнему виду. Такая информация пригодится во время покупки, и поможет приобрести необходимое устройство, поскольку все они похожи. Но помощь продавца тоже, может, оказаться полезной — стоит воспользоваться его знаниями, если не хватает своих.
Если необходим конденсатор для работы с трехфазным электродвигателем
Необходимо правильно рассчитать емкость конденсатора электродвигателя, что можно сделать по сложной формуле или с помощью упрощенного способа. Для этого уточняется мощность электродвигателя на каждые 100 Ватт потребуется около 7-8 мкФ от емкости конденсатора.
Но во время расчетов необходимо учитывать уровень воздействия напряжения на обмоточную часть статора. Нельзя чтобы он превысил номинальный уровень.
Если запуск двигателя, может, происходить лишь на основе максимальной нагрузки придется добавить пусковой конденсатор. Он отличается кратковременностью работы, поскольку используется примерно 3 секунды до момента выхода на пик оборотов ротора.
Необходимо учитывать, что для него потребуется мощность увеличенная в 1,5, а емкость примерно в 2,5 — 3 раза, чем у сетевой версии конденсатора.
Если необходим конденсатор для работы с однофазным электродвигателем
Обычно различные конденсаторы для асинхронных электродвигателей используются для работы с напряжением в 220 В с учетом установки в однофазную сеть.
Но процесс их использования немного сложнее, поскольку трехфазные электродвигатели работают с помощью конструктивного подключения, а для однофазных версий потребуется обеспечить смещенный вращательный момент у ротора. Это обеспечивается с помощью увеличенного количества обмотки для запуска, а фаза смещается усилиями конденсатора.
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.
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.
Важно: Пусковая версия конденсатора должна обладать рабочим напряжением не менее 400 В, что связано с появлением всплеска увеличенной мощности до 300 — 600 В, происходящего в процессе пуска либо завершения работы двигателя.
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.
Фото конденсаторов для электродвигателя
