Емкость рабочих конденсаторов для двигателей

Как выбрать конденсаторы для подключения однофазного и трехфазного электродвигателя в сеть 220 В

Очень часто случается, особенно в быту, что надо подключить асинхронный электродвигатель к стандартной однофазной сети переменного тока с действующим напряжением 220 вольт. А двигатель при этом трехфазный! Данная задача является типичной, когда нам нужно установить наждак или сверлильный станок например в гараже.

Чтобы все правильно устроить, используют так называемые пусковые и рабочие (фазосдвигающие) конденсаторы. Вообще конденсаторы бывают разного типа, разной емкости, и прежде чем приступать к построению цепи, необходимо выбрать конденсаторы подходящего типа, номинального напряжения и правильно рассчитать их требуемую емкость.

Всем известно, что электрический конденсатор представляет собой две разделенные диэлектриком проводящие обкладки, и служит для накопления, временного хранения и отдачи электрического заряда, то есть электрической энергии.

Есть два типа конденсаторов, полярные и неполярные. Неполярные допускается использовать в цепях переменного тока, полярные — нет. Если полярный конденсатор включить в цепь переменного тока, то очень скоро в слое диэлектрика произойдет короткое замыкание, и конденсатор выйдет из строя. Неполярные же одинаково эффективно реагируют на напряжение любой полярности, прикладываемое к его обкладкам, и на переменное — тоже.

Итак, выбирая рабочий конденсатор для трехфазного двигателя, необходимо принять в расчет несколько основных параметров рабочей цепи переменного тока. Указанная ниже формула в приведенном виде для вычисления емкости рабочего конденсатора в микрофарадах, при частоте тока в сети 50 Гц, выглядит так:

Здесь, в зависимости от схемы соединения обмоток статора двигателя («звезда» или «треугольник») коэффициент в начале формулы примет значение 4800 — для «треугольника» или 2800 — для «звезды». I – номинальная величина действующего тока статора подключаемого двигателя.

Номинальный ток I указывается на шильдике (справочной табличке) на корпусе двигателя, либо, если табличка затерта, измеряется токовыми клещами в одной из фаз при обычном трехфазном питании двигателя. U – действующее (среднеквадратичное) напряжение переменного тока сети, к которой будет подключен двигатель с конденсатором, например 220 вольт.

Есть и более простой подход к выбору емкости рабочего конденсатора — на каждые 100 ватт мощности двигателя в соединении «звезда» принимается 7 мкф емкости конденсатора. Если же соединение «треугольник», то емкость на 100 ватт будет 12 мкф.

При выборе емкости конденсатора очень важно не превысить расчетную, иначе ток через обмотку статора превысит номинал, двигатель будет перегреваться и вообще может быстро сгореть.

Когда пуск двигателя осуществляется под нагрузкой, а ведь зачастую так и происходит, поскольку наждачный круг или сверлильное оборудование имеют значительную массу, пусковой ток должен быть больше номинального.

Для этого к рабочему конденсатору на время пуска параллельно подключается дополнительный — пусковой конденсатор. Этот конденсатор нужен лишь в течение нескольких секунд, пока двигатель не выйдет на номинальные обороты. После этого пусковой конденсатор отключается и в цепи остается лишь рабочий фазосдвигающий конденсатор.

Емкость пускового конденсатора выбирается в 2,5-3 раза больше емкости рабочего конденсатора. А номинальное напряжение этого конденсатора должно быть по возможности хотя бы в 1,5 раза больше питающего сетевого напряжения. Иногда даже используют последовательно соединенные конденсаторы для получения требуемой пусковой емкости и запаса по напряжению.

Если же двигатель не трехфазный, а однофазный, то у него может присутствовать пусковая обмотка, служащая для создания вращающего момента в секунды запуска. Тут тоже должен присутствовать фазосдвигающий конденсатор. Но однофазные двигатели могут работать в различных режимах.

Если пусковой конденсатор и пусковая обмотка питаются лишь во время запуска, то берут 70 микрофарад на 1 киловатт мощности двигателя. Если рабочий конденсатор вместе с дополнительной обмоткой питаются все время, то берут около 30 микрофарад на киловатт.

Если же пусковой конденсатор подключается на время старта, а рабочий конденсатор продолжает оставаться подключенным во время работы оборудования, то, как правило, значение общей емкости пускового и рабочего конденсатора выбирается из соотношения 1 микрофарад на 100 ватт мощности.

Приведенная в данной статье информация поможет вам рассчитать емкости рабочего и пускового конденсаторов. Пусковой конденсатор удобно приспособить так, чтобы он подключался и отключался специально выведенной кнопкой без фиксации. Однако если после точных расчетов и подключения конденсатора двигатель начинает во время работы ощутимо греться, емкость рабочего конденсатора следует уменьшить.

Что же касается номинального напряжения конденсатора, то обычно конденсаторы на рабочее напряжение меньше 450 вольт не применяют. Лучше всего если конденсатор будет рассчитан на 500 или 600 вольт по переменному току.

В качестве пусковых и рабочих фазосдвигающих конденсаторов замечательно подходят конденсаторы с полипропиленовым диэлектриком, которые так и позиционируются на рынке как «пусковые конденсаторы». Если конденсаторов данного типа в наличии нет, то подойдут и «бумажные» типа МБГО, лишь бы максимальное напряжение соответствовало.

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора

Подключая асинхронный двигатель в сеть с одной фазой (220 в), появляется необходимость обеспечения сдвига фаз для имитации трехфазной сети. В противном случае электромотор просто не сможет функционировать из-за отсутствия вращения магнитных полей. В этом случае возможно применение конденсаторов, имеющих возможность создать нужный перекос, тем самым переводя синусоидальные колебания однофазного тока в некое подобие трехфазного. Проблемой становится правильный подбор емкости конденсаторов. Для этого необходимо произвести расчеты с максимальной точностью.

Представленный ниже онлайн-калькулятор расчета емкости поможет выполнить все действия довольно просто и быстро, не допустив ошибок в вычислениях.

Высчитывая необходимые показатели самостоятельно следует воспользоваться таблицей.

• Cр=2800*I/U; I=P/(√3*U*η*cosϕ)
• Cр=(2800/√3)*P/(U²*η*cosϕ)

Расшифровать обозначения можно следующим образом:

• Cр – емкости рабочих элементов (мкФ);
• Cп – емкости пусковых элементов;
• I – величины токов (А);
• U – величины напряжений (В);
• η – Коэффициент полезного действия электромотора в процентах, разделенных на 100;
• cosϕ – коэффициент мощности.

После ввода всех необходимых данных в соответствующие поля нужно нажать кнопку «рассчитать…». Полученные показатели используются для подбора емкости. Единственное неудобство – редко случается найти именно элемент с рассчитанными параметрами. В этом случае берется ближайшая емкость, стоящая ниже по показателю. Если же взять более мощный элемент, возможен перегрев обмоток электродвигателя вследствие возрастания рабочего тока, что неизбежно приведет к повреждению изоляции и опасности межвиткового замыкания. В редких случаях совпадения показателей, естественно, лучше выбрать именно такой.

Номинальное напряжение конденсатора должно быть минимум в полтора раза выше сетевого. Причина этому – резкое возрастание этого показателя в пусковой момент. При подключении к однофазной сети номинал должен составлять 360 в. Если подключается фазное напряжение по двум проводам – 400-450 в. Но это минимальный предел. На самом деле профессионалы советуют брать еще выше – никаких проблем это не создаст.

Схема подключения асинхронного двигателя на 220 В

Ниже представлена таблица номиналов рабочего и пускового конденсатора. Для примеров – серия CBB60 (полипропиленовый пленочный, основное назначение которого – схемы подключения асинхронного двигателя) и серия CBB65, помещенная в алюминиевые корпуса.

Для пуска применяются неполярные конденсаторы на основе электролита (CD60). Как рабочие они неприменимы. Их проблема в том, что длительная нагрузка существенно снижает их срок службы. Хотя в качестве пусковых допускается и CBB60 (CBB65), но они более габаритны при тех же емкостях. Ниже представлена таблица рекомендованных для подобной эксплуатации конденсаторов, способных работать с электродвигателями.

…а так подключение выглядит «в живую»

Бывает, что элементов с необходимой емкостью нет. Тогда можно «спарить» два. Стоит понимать, что параллельное соединение и последовательное дадут совершенно различные показатели. Наиболее оптимальным будет последовательное соединение. А для расчета суммарной емкости предлагаем Вам использовать другой онлайн калькулятор, который сэкономит время и избавит от лишних расчетов.

Какой конденсатор нужен для двигателя 3 квт однофазный

Проще всего будет подключить мотор при помощи частотного преобразователя. Существуют модели этих устройств, которые делают преобразование однофазного напряжения в трехфазное. Преимущество такого способа очевидно – нет потерь мощности в электродвигателе. Но вот стоимость такого частотного преобразователя довольно высокая – самый дешевый экземпляр обойдется в 5-7 тыс. рублей.

Есть еще один способ, который используется реже, – применение трехфазной обмотки асинхронника для преобразования напряжения. В этом случае вся конструкция окажется намного больше и массивнее. Поэтому проще окажется рассчитать, какие конденсаторы нужны для запуска электродвигателя и установить их, подключив по схеме. Главное – не потерять мощность, так как работа механизма будет происходить намного хуже.

Виды конденсаторов

Итак, конденсатор служит для накопления электрического заряда с последующей его отдачей в цепь. Конденсаторы бывают полярные, неполярные и электролитические, другое название «оксидные».

Для подключения электродвигателей в сеть переменного тока, полярные конденсаторы использовать нельзя. Из-за быстрого разрушения диэлектрика внутри, произойдёт замыкание, и такие конденсаторы очень быстро выйдут из строя.

Этого не произойдёт, если подключить к двигателю неполярный конденсатор. Обкладки неполярных конденсаторов одинаково взаимодействуют, как с источником, так и с диэлектриком.

Электролитические конденсаторы имеют внутри вместо пластин тонкую оксидную плёнку. Зачастую именно их и используют для подключения электродвигателей низкой частоты, поскольку максимально возможная ёмкость электролитических конденсаторов составляет 100000 мкФ.

Схема подключения «Треугольник»

Само подключение является относительно легким, происходит присоединения токопроводящего провода к пусковому конденсатору и к клеммам двигателя (или мотора). То есть если более упрощенно взять есть мотор в нем находятся три токопроводящие клеммы. 1 – ноль, 2 – рабочая, 3 –фаза.

Провод питания заголяется и в нем есть два основных провода в синей и коричневой обмотке, коричневая присоединяется к 1 клемме, ней же присоединяется и один из проводов конденсатора, ко второй рабочей клемме происходит присоединение второго провода конденсатора, ну а к фазе подключается синий провод питания.

Если мощность двигателя является маленькой, до полтора кВт, о в принципе можно использовать только один конденсатор. Но при работе с нагрузками и с большими мощностями обязательное использование двух конденсаторов, они между собой последовательно соединены, но между ними установлен пусковой механизм, в народе называемый «тепловой», который отключает конденсатор при достижении необходимого объёма.

Небольшое напоминание, что конденсатор с меньшей мощностью, пусковой, будет включаться на небольшой промежуток времени для увеличения пускового момента. Кстати модно использовать механический выключатель, который пользователь сам будет включать на заданное время.

Нужно понять – сама обмотка двигателя уже имеет подключение по схеме «звезда», но электрики ее с помощью проводов превращают в «треугольник». Тут главное распределить провода, которые входят в распределительную коробку.

Схема подключения “Треугольник” и “Звезда”

Разновидности емкостных элементов

Емкостные двухполюсники различают по следующим видам:

• по типу диэлектрика – вакуумный, газообразный, жидкий, твёрдый, электролит, оксидно-полупроводниковый;
• по конструктивной особенности изменять C – постоянные, переменные, подстроечные;
• по назначению – общие, специальные.

Пусковые конденсаторы относятся к двухполюсникам специального назначения.

Подбор конденсатора для трехфазного двигателя

Подбор емкости рабочего конденсатора для трехфазного двигателя осуществляется по следующей формуле: Сраб.=k*Iф / U сети .

• k — это коэффициент, значение которого зависит от схемы подключения трехфазного электродвигателя. 4800 по схеме «треугольник» и 2800 по схеме «звезда»;
• Iф — обозначает номинальный ток статора. Узнать номинальный ток статора можно на корпусе электродвигателя или посредством специальных клещей;
• U сети — сетевое напряжение 220 вольт.

Зная все вышеперечисленные параметры можно точно рассчитать емкость рабочего конденсатора в мкФ для электродвигателя. Есть и более простой способ расчёта емкости конденсаторов. Здесь действует правило: на 100 Вт мощности двигателя, берётся примерно 7 мкФ конденсаторной емкости.

Совсем по-другому обстоят дела с подбором пускового конденсатора в электродвигатель. Пусковой конденсатор работает очень непродолжительное время, всего лишь около 3 сек. в момент пуска двигателя. Основной задачей пускового конденсатора, является вывести ротор на номинальный уровень частоты вращения.

Подбирается пусковой конденсатор исходя из следующих параметров:

• Емкость пускового конденсатора должна быть в 2,5-3 раза больше, чем емкость рабочего конденсатора;
• Рабочее напряжение пускового конденсатора должно превышать сетевое, не менее чем в 1,5 раз.

Таким образом, зная все вышеперечисленные параметры, не составит особого труда подобрать рабочий и пусковой конденсатор для электродвигателя.

Упрощенный вариант расчета рабочего конденсатора

Если все эти формулы кажутся вам немного сложными, можно воспользоваться их упрощенной версией: С (раб) = 66 * Р (двиг).

А если упростить по максимуму расчет, то для каждых 100 Вт мощности электромотора требуется емкость около 7 мкФ. Другими словами, если у вас мотор 0,75 кВт, то вам потребуется рабочий конденсатор емкостью не менее 52,5 мкФ. После подбора обязательно произведите замер тока при работе мотора – его величина не должна превышать допустимые значения.

Расчёт конденсатора онлайн для трёхфазного двигателя

Для удобства расчётов предлагаю вам воспользоваться онлайн-калькуляторами

Как рассчитать емкость конденсатора для однофазного двигателя

При выборе и подключении конденсатора к однофазному двигателю, многое зависит от того, в каком именно режиме будет работать двигатель:

• При подключении пускового конденсатора и дополнительной обмотки электродвигателя, емкость конденсатора рассчитывается по следующему принципу: 70 мкФ на 1000 Вт мощности двигателя;
• Общая ёмкость рабочего и пускового конденсаторов должна рассчитываться так: 1 мкФ на 100 Вт мощности. В этом случае рабочий конденсатор остаётся включённым во время работы электродвигателя.

Теперь что касается рабочего напряжения конденсаторов для подключения однофазного электродвигателя. В большинстве случае вполне хватит конденсатора с напряжением от 450 Вольт. Тем не менее, если было замечено, что электродвигатель сильно греется в процессе работы, то следует уменьшить ёмкость рабочего конденсатора.

Обзор моделей

Существует несколько популярных моделей, которые можно встретить в продаже.

Стоит отметить, что эти модели отличаются не по емкости, а по виду конструкции:

1. Металлизированные полипропиленовые варианты исполнения марки СВВ-60. Стоимость подобного варианта исполнения около 300 рублей.
2. Пленочные марки НТС стоят несколько дешевле. При одинаковой емкости, стоимость составляет около 200 рублей.
3. 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.

Какой тип использовать

Требования к конденсаторам для запуска электродвигателей простые:

• величина ёмкости достаточная для запуска мотора;
• номинальное напряжение подбирают на 10-15% выше, чем подключаемое;
• двухполюсник обязан работать с приложенным видом тока.

Есть небольшие нюансы для электрических машин, различающихся по принципу работы.

Для работы с трехфазным электродвигателем

В этом случае деталь осуществляет сдвиг фазы у обмотки асинхронной машины, и ее ёмкость должна быть высокой. Создание пускового момента и дальнейшая работа под нагрузкой требуют более точного подбора этой характеристики элемента.

Включение с однофазным электродвигателем

Пусковые конденсаторы здесь применяются для присоединения дополнительной обмотки. Она предназначена для запуска мотора и может быть включена как постоянно, через двухполюсник, так и кратковременно без него.

Особенности выбора детали

Выбранные конденсаторы пусковые соответствуют подаваемому напряжению. Величина их ёмкости не должна позволять двигателю перегреваться во время работы и легко запускать его в момент включения. Особых сложностей с подбором элементов не возникает.

Использование электролитических конденсаторов

Пусковой конденсатор для начала работы трёхфазного двигателя от 220в обязан иметь большую ёмкость. Чтобы сдвинуть с места вал движка мощностью 3 киловатта, необходимо 2100 мкФ ёмкости. Для подбора такой величины С понадобится целая батарея неполярных компонентов. Электролитические двухполюсники (электролиты) обладают большей ёмкостью при меньших размерах. Но включение их в цепь переменного тока надолго недопустимо.

Осторожно. При длительном присоединении емкости электролит закипает, и элемент взрывается.

Схема подключения электролитического элемента для запуска двигателя

Рабочее напряжение

У конденсаторов для электродвигателей напряжение Uном должно быть выше Uпит. Если питающее напряжение 220 В, то элемент берут с Uн = 250-400 В.