Рассчитать конденсатор для трехфазного двигателя в однофазной

Работа трёхфазных электродвигателей в однофазной сети, их подключение и расчёт пускового конденсатора

Бывает необходимость использовать трёхфазный двигатель в бытовой однофазной сети, при этом сразу возникают вопросы:

• какие двигатели можно использовать для этих целей;
• какую выбрать схему подключения;
• какие элементы могут понадобиться;
• нужно ли производить расчёт пускового конденсатора.

Об этих и некоторых других вопросах мы поговорим в данной статье.

Асинхронные электродвигатели

В современной промышленности и в быту наибольшее распространение получили электродвигатели переменного тока. Это обусловлено рядом преимуществ:

• простота конструкции;
• надёжность;
• долговечность;
• высокая эффективность;
• хорошие массогабаритные показатели.

Всё это привело к тому, что это не только самые распространённые, но и наиболее доступные электродвигатели с точки зрения цены и возможности их приобретения для обычных людей.

Прежде чем перейти непосредственно к теме пусковых конденсаторов, необходимо понять принципы работы этих машин. Есть три основных типа.

1. Асинхронные с короткозамкнутым ротором.
2. Асинхронные с фазным ротором.
3. Синхронные.

Скорее всего, вы столкнётесь с необходимостью подключения первого типа двигателей, поэтому о них мы и будем говорить в дальнейшем.

Конструктивно электродвигатель состоит из неподвижного элемента — статора и вращающегося — ротора. На статоре намотана обмотка из медных проводов, концы и начала которых выведены в клеммную коробку.

Вращение ротора возникает в результате взаимного воздействия магнитных полей статора и ротора друг на друга. В подавляющем большинстве случаев эти машины трёхфазные.

Принцип работы электродвигателя

При подключении электродвигателя к трёхфазной сети в статоре будет наводиться вращающееся магнитное поле, ротор начинает вращаться. Если же такой двигатель подключить к бытовой однофазной сети, магнитное поле машины будет пульсирующим и двигатель вращаться не будет.

Объяснить это состояние двигателя можно так. Представьте циферблат, где двенадцать часов, это точка, с которой двигатель начинает вращаться. Пульсирующее магнитное поле толкает ротор с одинаковой силой то вправо, то влево.

Происходит это с большой частотой, и из-за инерционности ротора он не успевает разогнаться ни влево, ни вправо, при этом двигатель соответствующим образом гудит. Это опасное состояние, при котором он быстро перегревается и без использования защитных средств выйдет из строя.

Если в этот момент рукой провернуть вал ротора в любую сторону, то двигатель начнёт вращаться.

Запускать электродвигатель таким способом неудобно, не всегда возможно и небезопасно. Поэтому при подключении трёхфазных двигателей к однофазной сети используют пусковой конденсатор, он позволяет сместить магнитное поле одной из обмоток и тем самым создать пусковой момент, под действием которого ротор начнёт вращаться.

Подключение трёхфазного электродвигателя к однофазной сети

Прежде чем производить расчёт ёмкости, необходимо убедиться, что двигатель может быть использован для сети 220 Вольт. Для начала смотрим на шильдик (металлическая пластинка с характеристиками) электродвигателя. Если там указано, что возможна работа при напряжении 380/220 Вольт или 220/127 Вольт, то такой двигатель нам подходит. Имейте в виду, что большее напряжение применяется при подключении электродвигателя звездой, а меньшее — при подключении треугольником.

На статоре намотано три одинаковых обмотки, при подключении звездой начала всех обмоток соединены в одну точку, а к концам подключается питающее напряжение. При подключении треугольником конец первой обмотки подключается к началу второй, конец второй — к началу третьей, конец третьей — к началу первой, а питающее напряжение подключается к точкам соединения двух обмоток.

Теперь вскрываем клеммную коробку и смотрим, как соединены обмотки. Начала и концы обмоток имеют следующее обозначение (в скобках указана новая маркировка):

• первая С1 (U1) — C4 (U2);
• вторая C2 (V1) — C5 (V2);
• третья C3 (W1) — C6 (W2).

Определить тип подключения можно при помощи подсказки, расположенной на внутренней стороне клеммной коробки.

При любой схеме подключения от двигателя будет идти три провода. В случае с однофазной цепью к двум из них подводится питающее напряжение, а третий провод соединяется с сетью через ёмкость, это и есть конденсатор для запуска двигателя и его работы. Для нормальной работы необходимо, чтобы этот конденсатор был подключён постоянно, и поэтому он называется рабочим. Конденсатор, который подключается для создания высокого пускового момента, называется пусковым.

Рабочий конденсатор

Подбор ёмкости для трехфазного электродвигателя — не такая простая задача, как может показаться. Для устойчивой работы в однофазной сети смещение магнитного поля в третьей обмотке должно присутствовать постоянно, для этого и рабочий конденсатор подключён к сети всё время работы двигателя. Поэтому конденсатор для пуска электродвигателя должен быть пригодным для длительной работы в сетях переменного тока.

В первую очередь, это специально изготовленные для этих целей конденсаторы с соответствующим рабочим напряжением. На корпусе таких элементов, кроме номинальной ёмкости, изображён значок переменного напряжения и указана его величина. В нашей сети напряжение 220 Вольт, значит, номинальное напряжение конденсатора должно быть больше или равно этой величине.

В советское время были широко распространены металлизированные бумажные герметизированные конденсаторы типа МБГО и аналогичные им.

На корпусе таких конденсаторов указано постоянное рабочее напряжение, поэтому нужно, чтобы оно превышало напряжение сети не менее чем в полтора раза. Для наших целей подойдут те, у которых рабочее напряжение выше 400 Вольт.

Расчёт конденсатора для трёхфазного двигателя

Для точного определения величины ёмкости конденсатора нужно провести несложный расчёт. При желании в сети можно найти онлайн-калькулятор, предназначенный для этих целей, или таблицы, в которых указаны различные мощности двигателей и соответствующие им величины ёмкости конденсаторов. Если есть необходимость произвести расчёт самостоятельно, то формулы имеют следующий вид:

Ср = (2800 · I) / Uc

Ср = (4800 · I) / Uc

Где:

• Ср — величина ёмкости, мкФ;
• 2800 коэффициент для схем с подключением звездой;
• 4800 коэффициент для схем с подключением треугольником;
• I — ток в схеме, А;
• Uc — напряжение сети, В.

Ток можно рассчитать по формуле:

I = P / (1,73 · Uc · cosφ · η)

Где:

• Р — мощность, Вт;
• cosφ — коэффициент мощности;
• η — КПД.

Все необходимые для расчёта данные можно найти на шильдике машины. При их отсутствии запомните, что для этого типа машин коэффициент мощности составляет примерно 0.9, а КПД около 0.75.

Для примера, произведём расчёт ёмкости конденсатора для двигателя мощностью 2 кВт при его включении треугольником к сети переменного тока напряжением 220 В. Рассчитаем ток в схеме (мощность из киловатт переводим в ватты):

I = P / (1,73 · Uc · cosφ · η) = 2000 / (1,73 · 220 · 0,9 · 0,75) = 7,78 А

Тогда ёмкость:

Ср = (4800 · I) / Uc = (4800 · 7,78) / 220 = 169,7 мкФ

В результате получили, что необходима ёмкость в 170 микрофарад. В продаже вы не найдёте конденсатор такой ёмкости для напряжения 220 В, но его можно собрать из нескольких, руководствуясь следующими формулами расчёта суммарной ёмкости:

• при параллельном соединении С = С1 + С2;
• при последовательном соединении С = (С1 · С2) / (С1 + С2).

Величина ёмкости собранной батареи может несколько отличаться от расчётной, но следует помнить, что увеличение ёмкости приведёт к росту тока в обмотках двигателя и, как результат, к его повышенному нагреву, поэтому лучше подобрать ёмкость батареи меньше расчётной.

Величина ёмкости зависит и от нагрузки на валу. Так как учесть эту величину при расчёте затруднительно, а ещё из-за того, что номинальные ёмкости конденсаторов могут отличаться от указанных на них, крайне желательно после запуска и выхода электродвигателя на рабочие обороты проверить токи в обмотках, и если они выше номинальных, то необходимо уменьшить суммарную ёмкость батареи.

Выбор пускового конденсатора для электродвигателя

Для устойчивого пуска и работы двигателей сравнительно небольшой мощности достаточно рабочего конденсатора, но для мощных машин необходимо применение пускового конденсатора. В схему он включается параллельно рабочему через выключатель. В отличие от рабочего, на пусковой напряжение подаётся только в момент пуска, и после разгона электродвигателя он отключается. Его величина выбирается из расчёта две или три величины ёмкости рабочего конденсатора.

Конденсаторы для запуска электродвигателя подключаются всего на несколько секунд, поэтому для бытовых нужд в качестве пусковых можно применять электролитические (полярные) конденсаторы. Их плюс в том, что они обладают значительно большей ёмкостью, чем неполярные, при тех же размерах и значительно дешевле. Много таких конденсаторов в старых ламповых телевизорах, так что найти их не составит особого труда. Требования по напряжению такие же, как и к рабочим конденсаторам.

Однофазные двигатели переменного тока

Большая потребность в двигателях переменного тока для бытовых нужд привела к появлению однофазных машин. Отличие их от ранее рассмотренных в том, что на их статоре расположено не три, а две обмотки: пусковая и рабочая. Как и для трёхфазных машин, для их работы в пусковой обмотке необходим фазосдвигающий элемент, поэтому схема подключения однофазного двигателя содержит конденсатор.

В завершение хотелось бы отметить, что при конденсаторной схеме включения трёхфазных двигателей в бытовую сеть их характеристики становятся значительно хуже.

1. Мощность уменьшается примерно на 30%, что в некоторых случаях делает невозможным эксплуатацию электрооборудования. Решить эту проблему можно заменой электродвигателя на более мощный.
2. Небольшой пусковой момент. Это ещё один значительный недостаток такой схемы подключения, поэтому запускать такие двигатели желательно без нагрузки.
3. Низкий КПД и коэффициент мощности.

Что касается частоты вращения, то она остаётся неизменной и соответствует номинальной.

При монтаже и наладке схемы необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Не забывайте, что в схеме присутствуют конденсаторы, поэтому после отключения питания необходимо дать им время для разрядки, прежде чем касаться токопроводящих частей схемы.

Источник: https://chebo.pro/tehnologii/vybor-i-raschyot-puskovogo-kondensatora-dlya-trehfaznyh-mashin.html

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети

При эксплуатации или изготовлении того или иного оборудования нередко возникает необходимость подключения асинхронного трехфазного двигателя к обычной сети 220 В. Сделать это вполне реально и даже не особо сложно, главное — найти выход из следующих возможных ситуаций, если нет подходящего однофазного мотора, а трехфазный лежит без дела, а также если имеется трехфазное оборудование, но в мастерской лишь однофазная сеть.

Схемы подключения к сети

Для начала имеет смысл вспомнить схему подключения трехфазного двигателя к трехфазной сети.

Схема подключения трехфазного электродвигателя на 220 В по схеме «Звезда» и «Треугольник»

Для простоты восприятия магнитный пускатель и прочие узлы коммутации не изображены. Как видно из схемы, каждая обмотка мотора питается от своей фазы. В однофазной же сети, как следует из ее названия, «фаза» всего одна. Но и ее достаточно для питания трехфазного электромотора. Взглянем на асинхронный двигатель, подключенный на 220 В.

Как подключить трехфазный электродвигатель 380 В на 220 В через конденсатор по схеме «Звезда» и «Треугольник»: схема.

Здесь одна обмотка трехфазного электромотора напрямую включена в сеть, две остальные соединены последовательно, а на точку их соединения подается напряжение через фазосдвигающий конденсатор С1. С2 является пусковым и включается кнопкой В1 с самовозвратом только в момент пуска: как только двигатель запустится, ее нужно отпустить.

Сразу возникает несколько вопросов:

1. Насколько такая схема эффективна?
2. Как обеспечить реверс двигателя?
3. Какие емкости должны иметь конденсаторы?

Реверсирование двигателя

Для того чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, достаточно «перевернуть» фазу, поступающую на точку соединения обмоток В и С (соединение «Треугольник») или на обмотку В (схема «Звезда»). Схема же, позволяющая изменять направление вращения ротора простым щелчком переключателя SB2, будет выглядеть следующим образом.

Реверсирование трехфазного двигателя на 380 В, работающего в однофазной сети

Здесь следует заметить, что практически любой трехфазный двигатель — реверсный, но выбирать направление вращения мотора нужно перед его пуском. Реверсировать электродвигатель во время его работы нельзя! Сначала нужно обесточить электродвигатель, дождаться его полной остановки, выбрать нужное направление вращение тумблером SВ1 и лишь затем подать на схему напряжение и кратковременно нажать на кнопку В1.

Емкости фазосдвигающего и пускового конденсаторов

Для подсчета емкости фазосдвигающего конденсатора нужно воспользоваться несложной формулой:

• С1 = 2800/(I/U) — для включения по схеме «Звезда»;
• С1 = 4800/(I/U) — для включения по схеме «Треугольник».

Здесь:

• С1 — емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ;
• I — номинальный ток одной обмотки двигателя, А;
• U — напряжение однофазной сети, В.

Но что делать, если номинальный ток обмоток неизвестен? Его можно легко рассчитать, зная мощность мотора, которая обычно нанесена на шильдик устройства. Для расчета воспользуемся формулой:

I = P/1,73*U*n*cosф, где:

• I — потребляемый ток, А;
• U — напряжение сети, В;
• n — КПД;
• cosф — коэффициент мощности.

Символом * обозначен знак умножения.

Емкость пускового конденсатора С2 выбирается в 1,5−2 раза больше емкости фазосдвигающего.

Рассчитывая фазосдвигающий конденсатор, нужно иметь в виду, что двигатель, работающий не в полную нагрузку, при расчетной емкости конденсатора может греться. В этом случае номинал его нужно уменьшить.

Эффективность работы

К сожалению, трехфазный двигатель при питании одной фазой развить свою номинальную мощность не сможет. Почему? В обычном режиме каждая из обмоток двигателя развивает мощность в 33,3%.

При включении мотора, к примеру, «треугольником» лишь одна обмотка С работает в штатном режиме, а в точке соединения обмоток В и С при правильно подобранном конденсаторе напряжение будет в 2 раза ниже питающего, а значит, мощность этих обмоток упадет в 4 раза — т. е.

всего 8,325% каждая. Произведем несложный подсчет и рассчитаем общую мощность:

Итак, даже теоретически трехфазный двигатель, включенный в однофазную сеть, развивает лишь половину своей паспортной мощности, а на практике эта цифра еще меньше.

Способ повысить развиваемую мотором мощность

Оказывается, повысить мощность мотора можно, и притом существенно. Для этого даже не придется усложнять конструкцию, а достаточно лишь подключить трехфазный двигатель по приведенной ниже схеме.

Асинхронный двигатель — подключение на 220 В по улучшенной схеме

Здесь уже обмотки A и B работают в номинальном режиме, и лишь обмотка C отдает четверть мощности:

33,3 + 33,3 + 8,325 = 74.92%.

Совсем неплохо, не правда ли? Единственное условие при таком включении — обмотки A и B должны быть включены противофазно (отмечено точками). Реверсирование же такой схемы производится обычным образом — переключением полярности цепи конденсатор-обмотка C.

Источник: https://ObInstrumentah.info/podklyuchenie-trehfaznogo-dvigatelya-k-odnofaznoj-seti/

Конденсатор для трёхфазного двигателя: устройство, как подключить к однофазной цепи 220в

В работе электриков распространённой задачей является подключение двигателя, рассчитанного на три фазы, в однофазную сеть. Выполнить это, на первый взгляд, непростое задание без помощи дополнительных приборов сложно. Устройствами, которые позволяют мотору с тремя фазами работать в сети 220 В, являются различные фазосдвигающие элементы. Из их многообразия чаще всего для этих целей выбирают ёмкость. Правильно подобрать конденсатор для трехфазного двигателя можно с помощью схем и несложных формул.

Асинхронные электродвигатели с тремя обмотками на статоре преобладают в различных отраслях сельского хозяйства. Их применяют для привода устройств вентиляции, уборки навоза, приготовления кормов, подачи воды. Популярность таких моторов обусловлена рядом преимуществ:

• простота строения;
• надёжность в работе;
• при подключении в нормальном режиме не используются дорогие и дефицитные устройства;
• количество технических обслуживаний невелико.

Подключить трехфазный двигатель на 220 можно пытаться, зная различия схем соединения обмоток. Количество фаз, на которое рассчитан двигатель, можно определить по числу зажимов в его клеммной коробке: у трёхфазного в ней будет 6 выводов, а у однофазного два или четыре.

Обмотки мотора с тремя фазами соединяются по установленной схеме, называемой «звездой» или «треугольником». Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. При соединении в звезду концы обмоток соединены.

В клеммной коробке эта схема соединения будет отображена использованием двух перемычек между зажимами с обозначениями «С6», «С4», «С5». Если же обмотки двигателя соединяются в треугольник, то к каждому концу присоединяется начало.

В клеммной коробке будут использованы три перемычки, которые будут соединять зажимы «С1» и «С6», «С2» и «С4», «С3» и «С5».

Необходимость фазосдвигающих элементов

При подключении трехфазного электродвигателя в сеть 220 В пусковой вращающий момент не возникает. Поэтому появляется необходимость в подключении пусковых устройств. Они создают сдвиг фаз, который позволяет мотору запускаться и длительно работать под нагрузкой.

В качестве фазосдвигающих элементов могут быть использованы:

• сопротивление;
• индуктивность;
• ёмкость.

Из-за подключения трехфазного двигателя через конденсатор вал начинает вращаться при подаче напряжения. Присоединение ёмкости гарантирует мотору не только пуск, но и удерживание нагрузки продолжительное время.

Схемы с использованием конденсаторов

Подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220 В можно только после изучения схемы соединения обмоток и назначения устройства, которое он будет приводить в действие.

Присоединение конденсатора к обмоткам мотора необходимо выполнять, соблюдая некоторые правила. Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети производится с использованием одной из двух стандартных схем: «звезда» или «треугольник».

В моторах средней и высокой мощности необходимо две ёмкости — рабочая и пусковая. Рабочий конденсатор Ср необходим для возникновения кругового поля при номинальном режиме работы. Пусковой конденсатор Сп нужен для создания кругового поля при пуске с номинальной нагрузкой на валу.

Порядок подключения при «звезде»:

• Соединить в клеммной коробке концы обмоток в звезду (поставить перемычки между клеммами С6, С4, С5).
• Подключить ёмкость к началам двух любых катушек (С1, С2 или С2, С3 либо С3, С1).
• Напряжение 220 В нужно подать к началу свободной обмотки и той, что соединена с конденсатором. Так как полярности в переменном токе не существует, на какую конкретно катушку двигателя подавать напряжение, разницы нет.

Порядок подключения при схеме «треугольник»:

• Соединить в коробке клемм выводы катушек мотора, установив три перемычки между зажимами С1 и С6, С2 и С4, С3 и С5.
• Присоединить конденсаторы к началу и концу одной фазы (С1, С4 или С2, С5 либо С3, С6).
• Подвести ноль к клемме перемычки, свободной от ёмкости, а фазу к любому другому зажиму.

Для изменения направления вращения вала нужно либо напряжение, либо конденсаторы присоединить к другой фазе двигателя.

Расчёт необходимой ёмкости

Выбирая конденсатор, необходимо предупредить ситуацию, при которой фазный ток превысит своё номинальное значение. Поэтому к подсчётам необходимо подойти очень тщательно — неправильные результаты могут привести не только к поломке конденсатора, но и перегоранию обмоток двигателя.

На практике для пуска моторов небольшой мощности пользуются упрощённым подбором исходя из соображений, что для каждых 100 Вт мощности двигателя необходимо 7 мкФ ёмкости при соединении в треугольник. При подключении обмотки в звезду это значение уменьшается вдвое. Если в однофазную сеть присоединяют мотор на три фазы с мощностью 1 квт, то необходим конденсатор зарядом 70—72 мкФ при соединении обмоток треугольником, и 36 мкФ в случае подключения звездой.

Расчёт необходимого значения ёмкости для работы производится по формулам.

При схеме соединения звездой:

Ср=2800 I / U

Если обмотки образуют треугольник:

Ср=4800 I / U

I — номинальный ток двигателя. Если по каким-либо причинам его значение неизвестно, для расчёта необходимо воспользоваться формулой:

I = P / (3 U)

При этом U = 220 В при соединении звездой, U = 380в — треугольником.

Р — мощность, измеряемая в ваттах.

Её значение рассчитывают по формуле:

Сп=(2,5÷3,0) Ср

Пусковая ёмкость должна превышать значение рабочей в 2,5 — 3 раза.

Очень важен правильный выбор значения напряжения для конденсатора. Этот параметр, так же как и ёмкость, влияет на цену и габариты прибора. Если напряжение сети больше номинального значения конденсатора, пусковое приспособление выйдет из строя.

Но и использовать оборудование с завышенным напряжением также не стоит. Ведь это приведёт к неэффективному увеличению габаритов конденсаторной батареи.

Оптимальным является значение напряжения конденсатора в 1,15 раз превышающее значение напряжения сети: Uk =1,15 U с.

Очень часто при включении мотора с тремя обмотками в однофазную сеть используются конденсаторы типа КГБ-МН или БГТ (термостойкие). Они выполнены из бумаги. Металлический корпус полностью герметичен. Имеет прямоугольный вид. Необходимо учитывать, что допустимые значения напряжения и ёмкости, обозначенные на приборе, указаны для постоянного тока. Поэтому при работе на переменном токе необходимо уменьшать показатели напряжения конденсатора в 2 раза.

Выбор схемы подключения

Обмотки одного и того же двигателя можно соединить либо звездой, либо треугольником. Выбирать схему соединения нужно по нагрузке. Если трехфазный мотор в однофазной сети будет приводить в движение какой-либо маломощный механизм, то можно выбрать схему соединения «звезда». При этом рабочий ток будет невелик, но габариты и цена конденсаторной батареи значительно снизятся.

В случае большой нагрузки при работе или в момент пуска, обмотки двигателя обязательно должны быть включены по схеме «треугольник». Это обеспечит достаточный ток для длительной работы. К недостаткам следует отнести значительную цену и габариты конденсаторов.

Неисправности при включении

Если после присоединения конденсаторов и подачи напряжения мотор гудит, но не запускается, причины могут быть разнообразными:

• недостаточная ёмкость конденсатора (амперметр зафиксирует ток, превышающий допустимое значение);
• повреждение перемычки или питающего провода;
• неправильное соединение;
• подача напряжения на неподходящую обмотку.

Громкий неприятный шум при включении мотора и вращении вала свидетельствует о превышенной ёмкости конденсатора.

Работать трехфазный двигатель в однофазной сети будет неплохо. Недостатком будет лишь развиваемая им мощность — не 100%, а 60—80% номинальной. Если ёмкость используется только для пуска, то полезная мощность двигателя не превысит 60% его номинальной мощности.

Источник: https://220v.guru/bytovaya-tehnika/podklyuchenie-tehniki/kak-podobrat-kondensator-dlya-trehfaznogo-dvigatelya-v-odnofaznoy-seti.html