Здесь напряжение 220 вольт распределяется на 2 последовательно соединенные обмотки, где каждая рассчитана на такое напряжение. Поэтому теряется мощность почти в два раза, но использовать такой двигатель можно во многих маломощных устройствах.
Расчёт ёмкости конденсатора для трехфазного асинхронного электродвигателя
Как подобрать рабочий и пусковой конденсаторы для подключения трехфазного мотора к бытовой однофазной сети. Формулы и эмпирическое правило для определения номиналов конденсаторов, подключаемых по схеме звезда и треугольник.
Отечественные электрические сети по своей природе – трехфазные. Электростанции всех типов генерируют электроэнергию с тремя сдвинутыми относительно друг друга на 120° фазами. Такой подход гарантирует удовлетворение нужд промышленности, где используются мощные потребители. В быту же это требование излишне, и допустимая мощность на одно частное домовладение ограничена 15 киловаттами. Поэтому из трех фаз используется только одна, и в подавляющем большинстве случаев этого вполне достаточно.
И все же имеется немало полезных приборов и устройств, в основу которых положено использование трехфазных электромоторов. Можно ли их применять в бытовой сети? Ответ будет отрицательным – будучи включенным в сеть 220 В, такой мотор попросту сгорит. Но если его немного переделать, то он сможет работать и в однофазной бытовой электросети.
Если разобраться, то фазы трехфазных сетей отличаются только временным сдвигом на треть периода между пиками переменного тока. Но и для одной фазы можно легко сделать три, просто включив в ее состав на уровне конечного прибора реактивные элементы, которыми в электротехнике являются индуктивности и емкости.
Если рассматривать конкретный пример, то есть электродвигатель, то индуктивность в нем присутствует изначально. Это обмотка статора. Останется только включить в схему конденсатор и перекоммутировать провода: тогда емкость, подключенная к одной из трех обмоток, будет сдвигать фазу в одну сторону, а соединив две другие, мы получим тот же сдвиг фазы, но уже в обратную сторону. И все это будет работать, будучи подключенным к однофазной сети.
Разумеется, если мощность такого мотора велика, может сработать вышеупомянутое ограничение, поэтому имеет смысл переделывать для работы в бытовой сети 220 В только не слишком требовательные к мощности электродвигатели.
Особенности включения трехфазных моторов в однофазные сети
Как мы уже знаем, у трехфазного двигателя имеются три обмотки, и они могут быть подключены одним из двух способов: звездой (принятое в электротехнике обозначение – Y) или треугольником (Δ).
Суть названий можно понять из приведенного рисунка. При включении трехфазного электромотора в однофазную сеть лучше использовать схему с треугольником. Если вы увидите на шильдике двигателя обозначение Y, то обмотки нужно перекоммутировать в треугольник, иначе переделка станет бессмысленной из-за большой потери мощности.
А теперь поговорим о том, как именно реализовать схему с подключением дополнительного элемента. Особенность асинхронных электромоторов заключается в повышенных номиналах тока, обеспечивающих их уверенный пуск. Стандартный способ будет иметь недостатки: если рассчитать параметры так, чтобы пуск действительно был беспроблемным, то мотор после выхода на рабочие частоты вращения вала будет перегреваться, что приведет к его ускоренному износу. Если ограничить ток по номиналу, двигатель будет плохо запускаться, а при наличии стартовой нагрузки вообще не сможет стартовать. Но выход есть: использование двух конденсаторов, пускового и рабочего. Пример такой схемы представлен на рисунке:
Здесь Спуск внедрен в схему параллельно рабочему. Если мощность электромотора невелика, номинал Спуск может быть равен номиналу Сраб. В продаже можно встретить специальные стартовые конденсаторы, о чем будет указывать слово starting в их обозначении.
Понятно, что назначение стартового аналога – помочь основному раскрутить мотор, после чего он должен быть отключен. Для этого в цепь включают выключатель, в простейшем виде – кнопочный. Более распространенным и удобным является использование комбинированной кнопки-включателя: для запуска мотора вы ее нажимаете и удерживаете, а когда мотор выйдет на рабочие обороты, кнопка отпускается, размыкая цепь Сстарт, но останется вжатой, то есть остальная цепь будет работать. Нажатие красной кнопки выключит двигатель.
Эти соединения и будут выводами двигателя для подключения к электропитанию. Два вывода необходимо через двухполюсной выключатель подсоединить к нулю и фазе сети в 220 вольт. Третий вывод через рабочие конденсаторы, соединить с каким либо из первых двух выводов из двигателя. Можно пробовать запускать.
Общие правила подключения электродвигателя через конденсатор.
Подключение электродвигателя 380В на 220В выполняется через конденсатор. Для такого подключения необходимо использовать бумажные (или пусковые) конденсаторы, при этом ВАЖНО чтобы номинальное напряжение конденсатора было больше либо равно напряжению сети (при этом рекомендуется что бы напряжение конденсатора было в 2 раза больше напряжения сети). Могут применяться конденсаторы следующих марок (типов):
МБГО, МБГЧ, МБГП, МБГТ, МБГВ, КБГ, БГТ, ОМБГ, K42-4, К42-19 и др.
Как правильно подобрать конденсаторы
Теоретически предполагается осуществлять расчет необходимой емкости путем деления силы тока на напряжение и полученную величину умножить на коэффициент. Для разного типа соединений обмоток коэффициент составляет:
звездой – 2800;
треугольником — 4800.
Недостатком этого метода является то, что не всегда на электродвигателе сохранилась табличка с данными. Невозможно точно знать коэффициент мощности и мощность двигателя, а следовательно и силу тока. К тому же на силу тока могут действовать такие факторы как отклонения напряжения в сети и величина нагрузки на двигатель.
Поэтому следует применять упрощенный расчет емкости рабочих конденсаторов. Просто учесть, что на каждые 100 ватт мощности необходимо 7 микрофарад емкости. Удобнее использовать несколько параллельно соединенных конденсаторов малой, желательно одинаковой емкости, чем один большой. Просто суммируя емкость собранных конденсаторов, можно легко определить и подобрать оптимальное значение. Для начала лучше процентов на десять занизить суммарную емкость.
Если двигатель легко запускается и мощности его достаточно для работы, то все подобрано правильно. Если нет – нужно еще подсоединять конденсаторы, пока двигатель не достигнет оптимальной мощности.
СПРАВКА. При подключении трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть теряется не менее трети его мощности.
Следует помнить, что много не всегда хорошо, и при превышении оптимальной емкости рабочих конденсаторов двигатель будет перегреваться. Перегрев может привести к сгоранию обмоток и выходу электродвигателя из строя.
Подключение трехфазного двигателя с в однофазную сеть с реверсом
При подключении электродвигателя через конденсатор очень важно как можно точнее подобрать его емкость. Чем ближе будет значение фактической емкости конденсатора к расчетной тем более оптимальным будет сдвиг вектора напряжения относительно вектора тока, что в свою очередь даст более высокие показатели момента на валу двигателя и его КПД.
Например: согласно расчету необходимая емкость рабочего конденсатора составила 54 мкФ, при этом найти конденсатор подходящей емкости не удается, в таком случае наиболее целесообразным вариантом является использование группы параллельно соединенных конденсаторов (конденсаторного блока).
Как известно, при параллельном соединении конденсаторов их емкость суммируется, таким образом, что бы получить нужные нам 54 мкФ можно использовать 2 параллельно соединенных конденсатора — на 40 и на 14 мкФ (40+14=54), либо любое другое количество конденсаторов суммарная емкость которых будет давать нужное значение, например 30, 20 и 4 мкФ:
Примечание: Все конденсаторы в группе должны быть одного типа, иметь одинаковое номинальное напряжение и частоту.
Разумеется, если мощность такого мотора велика, может сработать вышеупомянутое ограничение, поэтому имеет смысл переделывать для работы в бытовой сети 220 В только не слишком требовательные к мощности электродвигатели.
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.
СПРАВКА. При подключении трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть теряется не менее трети его мощности.
Выбор конденсатора для трехфазного двигателя
Конденсаторы, предназначенные для трехфазного мотора, должны иметь достаточно высокую емкость – от десятков до сотен микрофарад. Электролитические конденсаторы не годятся для этих целей, поскольку для них требуется однополярное подключение. То есть, специально для этих устройств потребуется создание выпрямителя с диодами и сопротивлениями.
Постепенно в таких конденсаторах происходит высыхание электролита, что приводит к потере емкости. Кроме того, в процессе эксплуатации данные элементы иногда взрываются. Если все же решено использовать электролитические устройства, нужно обязательно учитывать эти особенности.
Классическим примеров служат элементы, представленные на рисунке. Слева изображен рабочий конденсатор, а справа – пусковой.
Подбор конденсатора для трехфазного двигателя выполняется опытным путем. Емкость рабочего устройства выбирается из расчета 7 мкФ на 100 Вт мощности. Следовательно, 600 Вт будет соответствовать 42 мкФ. Пусковой конденсатор как минимум в 2 раза превышает емкость рабочего. Таким образом 2 х 45 = 90 мкФ будет наиболее подходящим показателем.
Выбор осуществляется постепенно, исходя из работы двигателя, поскольку его реальная мощность напрямую зависит от емкости используемых конденсаторов. Кроме того, это можно сделать по специальной таблице. При недостатке емкости двигатель будет терять свою мощность, а при ее избытке наступит перегрев от чрезмерного тока. Если конденсатор выбран правильно, то двигатель будет работать нормально, без рывков и посторонних шумов. Более точно подбираем устройство путем расчетов, выполняемых по специальным формулам.
Расчет емкости
Емкость конденсатора для электродвигателя рассчитывается исходя из схемы соединения обмоток – звездой или треугольником.
В обоих случаях применяется общая расчетная формула: Сраб = к х Iф/Uсети, к которой все параметры имеют следующие обозначения:
- к – является специальным коэффициентом. Его значение составляет 2800 для схемы «звезда» и 4800 для схемы «треугольник».
- Iф – номинальный ток статора, указанный на информационной табличке. При невозможности прочтения, выполняются измерения с помощью специальных измерительных клещей.
- Uсети – напряжение питающей сети, величиной в 220 вольт.
Подставив все необходимые значения, можно легко рассчитать, какая емкость будет у рабочего конденсатора (мкФ). Во время расчетов необходимо учитывать ток, поступающий к фазной обмотке статора. Он не должен превышать номинальное значение, точно так же, как нагрузка двигателя с конденсатором должна быть не выше 60-80% номинальной мощности, обозначенной на информационной табличке.
