Разговаривают трое хирургов.
Первый: — Удобнее всего оперировать библиотекарей — у них там всё расположено в алфавитном порядке.
Второй: — Нет, удобнее всего оперировать электриков — у них там всё различается по цветам.
Третий: — Нет, удобнее всего оперировать автомехаников — если после операции остается что-то лишнее, они к этому относятся с пониманием и не возмущаются.

Конденсатор для трёхфазного двигателя.

расчет конденсатора для двигателя

Наиболее частым вариантом включения трёхфазного двигателя в однофазную сеть является конденсаторный. В этой статье будут рассмотрены все тонкости и особенности такого включения. После прочтения статьи вряд ли у вас ещё останутся вопросы по выбору конденсатора.

Подключение трёхфазного двигателя через конденсатор в однофазную сеть

Здесь всё довольно просто и не просто. Дело в том, что в момент запуска асинхронного двигателя возникает большой пусковой ток. Поскольку двигатель это индуктивный элемент, а мы добиваемся определённого сдвига тока посредством конденсатора, то есть добиваемся оптимального баланса индуктивного и ёмкостного тока, то в момент запуска индуктивный ток преобладает над ёмкостным из-за своей большой величины и кругового магнитного поля не возникает.  А для начала вращения вала двигателя нужно именно круговое поле, ну или хотя бы, почти круговое. Поэтому конденсаторы разделяются на пусковые и рабочие.

Рабочий конденсатор для электродвигателя

Назначение этого конденсатора в том, чтобы поддерживать круговое магнитное поле когда двигатель уже находится в рабочем режиме. Конденсатор обязательно должен быть рассчитан на работу в переменном напряжении. Такие конденсаторы обычно называют не электролитические. Напряжение конденсатора должно быть в √2 раз больше напряжения сети. Тип конденсатора может быть абсолютно любой. Это относится ко всем конденсаторам для переменного напряжения. Мы привыкли считать, что напряжение в сети 220 вольт, однако это действующее значение (усреднённое), а вот максимальное (амплитудное), как раз в √2 раз больше или около 310 вольт. Чуть позже я напишу статью по действующему и амплитудному значению и более подробно всё разъясню, а пока просто поверьте.

Пусковой конденсатор для электродвигателя

Назначение этого конденсатора в том, чтобы обеспечить магнитное поле, когда двигатель только-только запускается. Как я уже говорил, в момент запуска возникает очень большой пусковой ток (в 3-8 раз превышающий номинальный рабочий ток), поэтому для создания кругового магнитного поля требуется бóльший по ёмкости конденсатор. В качестве пускового можно использовать и электролитический (это конденсаторы, которые используются для постоянного напряжения). И довольно часто так  и делают. В этом случае рекомендуется подключать электролитические конденсаторы через диод. Связано это с тем, что электролитические конденсаторы дешевле. Но лучше для этой цели использовать специальные конденсаторы с пометкой «Motor starter». Так будет меньше риска повредить конденсатор, поскольку он хоть и электролитический, но серия рассчитана именно на запуск двигателей переменного тока.

Рабоче-пусковой конденсатор для электродвигателя

Как правило, один конденсатор, который используется одновременно, как рабочий и пусковой устанавливают на двигатели мощностью менее 1 кВт. Связано это с тем, что у маломощных двигателей не такой большой пусковой ток. В этом случае расчёт производится по номинальному току. Расчёта коснёмся чуть ниже. Рабоче-пусковой конденсатор должен быть исключительно не электролитическим и с рабочим напряжением в √2 раз больше сетевого. При расчёте такого конденсатора в формулу подставляется номинальное значение тока двигателя.

Схема подключения двигателя через конденсатор

трехфазный двигатель в однофазныйСобственно, сама схема не очень сложная. Как в случае соединения обмоток звездой, так и в случае соединения обмоток треугольником у нас имеется только три фазных вывода, куда должны подключаться фазы «А», «В» и «С». Поскольку у нас имеется только одна фаза, то мы подключаем ее на два любых имеющихся вывода (предположим на «А» и «В»). А конденсаторы подключаем на любой из задействованных и оставшийся свободный вывод (например на «А» и «С» или на «В» и «С»). В зависимости от того, куда будет подключен конденсатор будет меняться направление вращения. То есть, для того, чтобы сменить направление вращения двигателя, достаточно поменять местами любые два провода на двигателе. Например, мы включали фазу на выводы «А» и «В», а конденсаторы на «А» и «С». То есть, если мы включим конденсаторы не на «А» и «С», а на «В» и «С», направление вращения двигателя изменится на противоположное.

Теперь внимательно присмотритесь к схеме. Вы видите на ней кнопку «Разгон». А если присмотритесь еще внимательнее то увидите, что СП (пусковой конденсатор) и СР (рабочий конденсатор) по сути соединены параллельно, с тем отличием, что пусковой конденсатор мы включаем только тогда, когда нам необходимо, а именно в момент запуска. С этим разобрались, идем дальше.

Расчёт рабочего конденсатора для асинхронного двигателя — нюансы

Прежде, чем переходить к расчёту нужно немного остановиться на значениях Iн и U, которые используются в формулах. С напряжением все более или менее ясно — это напряжение, которое будет подводится к двигателю. А вот Iн — это номинальный ток. Значение номинального тока можно узнать на шильдике двигателя. Номинальный ток — это максимальный рабочий ток в нормальном режиме работы двигателя с максимальной нагрузкой. Другими словами, ток в двигателе зависит только от нагрузки на валу. Если вал не нагружен, то мы получим самый минимально возможный ток, который назвается током холостого хода. Он образуется за счет компенсации таких потерь: как трение в подшипниках, потери в обмотках, диэлектрические потери и т.д. По мере увеличения нагрузки будет увеличиваться и ток в обмотках, пока не достигнет номинального. При дальнейшем увеличении нагрузки ток будет продолжать возрастать, но начнут постепенно падать обороты двигателя. Длительная работа в таком режиме приведет к перегрузке, это вызовет усиленный нагрев и, в конечном итоге, выход двигателя из строя.  С этим тоже разобрались, теперь можно переходить к расчету конденсатора.

Рабочий конденсатор формула расчёта

Расчёт рабочего конденсатора производится по формулам для «звезды» и для «треугольника». Отличие этих формул только в коэффициенте.

Формула расчета рабочего конденсатора для "треугольника"

Формула расчета рабочего конденсатора для «треугольника»

 

Формула расчета рабочего конденсатора для "звезды"

Формула расчета рабочего конденсатора для «звезды»

 

Как видите, формулы просты, но как я уже говорил, сложность заключается в правильном подборе значения Iн. Самый простой способ заключается в замере тока двигателя (сделать это можно токоизмерительными клещами) и подстановки его в формулу. Для этого надо запустить двигатель, отключить полностью конденсаторы, замерить ток, а затем подобрать нужную ёмкость конденсаторов.

Но все эти методы подходят только в том случае, если нагрузка на валу постоянная (например, вентилятор). И здесь возникает вопрос, обязательно ли значение конденсатора должно быть «пуля в пулю». Нет, не обязательно. Достаточно 15% попадания в обе стороны. То есть, если в расчёте у нас получится ёмкость 10 мкФ, то вполне допустимыми будут значения от 8,5 до 11,5 мкФ.

Расчёт пускового конденсатора

В сети встречается много разных рекомендаций на этот счёт. Но суть сводится к тому, что пускового конденсатора должно хватить для запуска двигателя. Самый простой вариант, взять двукратное значение номинального тока двигателя и подставить в формулу для расчёта. Мы знаем, что пусковой ток двигателя в 3-8 раз превышает номинальный. Рабочий и пусковой конденсатор включаются параллельно. При параллельном соединении конденсаторов их ёмкость суммируется, следовательно, взяв двукратное значение по номинальному току для пускового конденсатора и добавив рабочие мы получим ёмкость в два с небольшим — три раза больше требующейся ёмкости для работы. Если двигатель не запустится, ничего страшного. Просто надо будет ещё увеличить ёмкость пусковых конденсаторов.

Расчёт конденсатора онлайн для трёхфазного двигателя

Для удобства расчётов предлагаю вам воспользоваться онлайн-калькуляторами

Расчёт рабочего конденсатора для "треугольника"
Ток, А
Выберите напряжение сети
Расчёт рабочего конденсатора для "звезды"
Ток, А
Выберите напряжение сети

Другие методы расчёта конденсатора для трехфазного двигателя

Расчёт конденсатора по мощности двигателя

Это довольно грубый расчёт и заключается он в том, что ёмкость подбирается по мощности. Существуют различные формулы, но все они сводятся к тому, что нужно брать 6-7 мкФ на 100 ватт мощности или 60-70 мкФ на 1 кВт. Насколько верны эти расчёты? Простой реальный пример. Двигатель 1,1 кВт имеет номинальный ток около 4,8 ампера при соединении обмоток треугольником. Следовательно, конденсатор для номинального режима будет 105 мкФ (не 60 и не 70).

Расчёт конденсатора через напряжение

Вспоминаем закон Ома, делаем небольшие умозаключения и понимаем, что полученный ток посредством электромагнитной индукции и магнитных потоков будет создавать напряжение. Обмотки сдвинуты на угол 120°. Дальше углубляться в теорию не будем, но из сказанного можно понять, что сдвигая конденсатором ток мы получаем как бы трехфазное напряжение. Следовательно, если токи в обмотках будут равны, то и напряжения тоже будут равны. Исходя из этого понимания можно подобрать точное значение конденсатора имея под рукой только вольтметр. Этот метод подбора ёмкости конденсатора можно назвать самым точным. Внимание на экран:

Расчет конденсатора через напряжение

При использовании данного метода лучше всего использовать два вольтметра, так вы сразу будете видеть результат, так сказать, в онлайн режиме. Вся задача сводится к тому, чтобы подключая или отключая дополнительные конденсаторы привести значения первого и второго вольтметра к одному напряжению. Помните, что вы будете работать с опасным напряжением, поэтому перед работой прочитайте технику безопасности.

Частные случаи

Наверное, вы уже поняли принцип подбора конденсатора. Поэтому сделаю небольшой лайф-хак, как это сейчас принято называть. Предположим, у вас есть циркулярка, на которой вы пилите и доски и бревна. Соответственно, нагрузка на двигатель будет разной. В этом случае я вам рекомендую поставить два рабочих конденсатора одинаковой ёмкости. Допустим, вы посчитали по номинальному току и получили ёмкость 10 мкФ. Значит ставите два конденсатора по 5 мкФ. Один включен постоянно и на нём вы будете распиливать доски, которые не очень сильно загружают двигатель, а когда вы будете распиливать брёвна, то будете подключать второй рабочий конденсатор.

С чем связана такая сложность? Если вы не создадите круговое магнитное поле, то как минимум вы потеряете мощность, как максимум это будет вызывать повышенный нагрев двигателя и его чаще придется отключать. В нормальном же режиме достаточно естественного охлаждения двигателя собственным вентилятором в виде крыльчатки, расположенной с противоположной стороны вала.

Подведём итоги

После рассмотрения данной темы можно сделать следующие выводы. Конденсаторный метод включения используется в том случае, если у вас имеется трёхфазный асинхронный двигатель и только одна фаза. Кстати, при использовании линейного напряжения 380 вольт (когда есть две фазы, а не три) можно включать двигатель как на напряжение 220 вольт (тогда используется фаза и ноль), так и на 380 вольт, тогда используются обе фазы. Меняется лишь ёмкость пусковых и рабочих конденсаторов и не забывайте про схему соединения обмоток на соответствующее напряжение. Ну и при напряжении 380 вольт будут меньшие пусковые и рабочие токи. Электрическая мощность двигателя при этом останется прежней. Но меняется механическая мощность. Правда механическая мощность зависит не от напряжения или конденсаторов, а в первую очередь от схемы соединения обмоток. В статье я говорил про то, что соединение обмоток «звездой» более подвержено эффекту снижения оборотов при увеличении нагрузки. Поэтому, если вам нужно получить максимальную механическую мощность, необходимо использовать схему соединения обмоток «треугольником» или  синхронные двигатели.

На этом откланиваюсь.

С наилучшими пожеланиями, Я!

Назад

Конденсатор для трёхфазного двигателя.: 20 комментариев

  1. AlexA, aka Alexander Adamenko

    «Мощность двигателя при этом останется прежней.»
    Да ну! Поправить бы …
    Механическая мощность двигателя изменится, причем нелинейно. Ток изменится линейно,а вот мощность, имеет квадратичную зависимость от тока. Не изменятся, вернее изменятся незначительно лишь обороты потому, что даже скольжение асинхронного двигателя зависит от напряжения. Теория электропривода наука не простая, слишком много нюансов нужно учитывать в каждом конкретном случае…
    Однофазное(двухфазное) питание трехфазных двигателей с использованием фазосдвигающих конденсаторов, дело прошлого, есть другие способы раскрутить трехфазник, но даже они имеют свои ограничения.
    Кстати ,при подключении на две фазы кроме емкости пускового\рабочего конденсатора меняется и схема включения двигателя, т.к для 220в предпочтителен треугольник, чтоб момент пусковой был(хоть какой нибудь), а для 380 звезда ,если двигатель группы у\д11 .

    1. Потомственный мастер Денис Автор записи

      Александр, здравствуйте. Почему же изменится мощность? Согласно закону Ома мы поднимаем напряжение, но уменьшаем ток за счет увеличения сопротивления посредством изменения схемы соединения обмотки, но изменяя схему соединения мы возвращаемся к моменту, что двигатель на «звезде» начнет раньше терять обороты при увеличении нагрузки за счет своей «асинхронной особенности». Механическая мощность снижается, согласен. Но для того, чтобы не снижалась механическая мощность придется использовать синхронные двигатели.
      Способы раскрутить есть, но задача заключается не только в раскрутке, но и поддержании работоспособного состояния посредством создания кругового магнитного поля на нужном уровне. В остальном все верно. Сейчас немного изменю статью. Спасибо!

      1. AlexA, aka Alexander Adamenko

        Вот теперь ближе к истине.
        Я же зацепился за случай соединения звездой при 220\380В, чаще всего используемая схема, так как требует вдвое меньшую емкость пускового\рабочего конденсатора.
        в Этом,частном случае все мои утверждения верны.
        В случае переключения схемы в соответствии с напряжением 220\380, 380 предпочтительна, по двум причинам мощность и меньшая емкость фазосдвигающего конденсатора, хотя его рабочее напряжение возоастет с 400В до 630В.
        Ниже использовать не рекомендую,чревато пиротехническими эффектами.
        Кстати тип конденсаторов тоже имеет огромное значение. Пусковые конденсаторы могут быть даже встречно включенными электролитами, а вот рабочие — должны быть качественными, рассчитанными на длительное протекание больших токов и стоят такие не дешево.
        Раскрутить, не запустить, не стартануть подразумевает выход двигателя на рабочий режим.
        Если говорить о мощностях в 0,5 — 3КВт можно фазу сдвинуть конденсатором, но я сторонник частотного привода с однофазным питанем, все что выше 3 КВт однозначно тянуть ТРИ фазы (если временно — использовать трехфазный дизель-генератор)
        В крайнем случае перемотать двигатель под одну фазу с пусковой обмоткой(не всякий можно пересчитать, есть свои нюансы), до 5 КВт приемлемо работают.

        1. Потомственный мастер Денис Автор записи

          Александр, здравствуйте. Я с вами соглашусь, но лишь отчасти. Не потому, что вы что-то неправильно говорите, наоборот, ваши слова абсолютно верны. А потому, что мы с вами еще можем разговаривать про частотный привод и прочие «высокие» достижения, а люди, которые заходят на сайт чаще всего имеют очень поверхностное представление об электричестве. Ну и немного поясню, что я упомянул возможность включения двигателя на 380 вольт по двум фазам, только это очень редкий случай, потому что обычно бывает либо одна фаза, либо три. И да, существует возможность перемотки двигателя, но это снова стоит денег, а зачастую надо просто запустить и все тут, а не ждать. Да и статья про запуск двигателя, а не переделки двигателя. В остальном, да и в целом, с вами согласен.

  2. AlexA, aka Alexander Adamenko

    И еще.
    Процессы происходящие в асинхронном трехфазном двигателе переменного тока не возможно описать законом Ома для участка цепи. В схеме действуют реактивные токи ,а это уже другая история. Фазосдвигающий конденсатор и индуктивность обмотки нелинейные элементы, отсюда и сложности в рассчетах и подборе параметров. Все приближенные формулы — это плюс — минус трамвайная остановка.

    1. Потомственный мастер Денис Автор записи

      Да, описать невозможно, хотя есть формулы приведения емкостного и индуктивного сопротивления. Но суть не в этом. Я же написал, что +/- 15% вполне допустимый разбег и не настаиваю на точности, скорее задача статьи расписать смысл применения конденсатора, ибо в большинстве случаев этот момент не рассматривается и не объясняется. Приводится либо формула по току, либо упрощенная по мощности двигателя. И чаще всего вопросы возникают, когда расчет по току не совпадает с расчетом по мощности. Прочитав эту статью человек, надеюсь, поймет назначение конденсатора и сам сможет определиться, какой конденсатор поставить, и как рассчитать его емкость. Скажем так, человек сможет произвести более профессиональный расчет с учетом конкретных случаев.

  3. AlexA, aka Alexander Adamenko

    Интересное кино получается… Посчитал емкость для 1.5КВт треугольником —150 мФ рабочая, 300мФ пусковая, посмотрел цены на качественные конденсаторы и ах… удивился очень 100мФ- 1080рублей(это чип дип, у нас в городе 70 мФ дешевле 1000 найти трудно ). Даже если для пусковой использовать дешевые электролитические конденсаторы
    питание 1.5КВт с помощью конденсаторов с учетом пускателя обойдется в 2000руб.
    Частотник из китая на такую мощность будет стоить 4-4,5т.р . Учитывая дополнительные функции и возможность применения с двигателями меньшей мощности перевес в сторону частотника.
    Это мой личный выбор, уж намаялся я в свое время с циркуляркой в 5,5 киловатт и конденсаторным пуском. Сейчас стоит задача питать трехфазный насос объемного типа(характеристика очень жесткая)мощность не большая 0.75 , но сносно работать с кондерами упорно не хочет, особенно в продолжительном режиме. Собственно этот насос и направил мой взгляд в сторону частотника. Можно конечно перемотать, но конкретно этот двигатель рука не поднимается, Югославское производство, история…

    1. Потомственный мастер Денис Автор записи

      Да это не кино, это цирк 🙂 Тут момент такой, что данные расчеты для полной нагрузки, которая редко бывает при использовании таких мощных двигателей. Да, частотник предпочтительнее, но часто бывает так, что от дедушки осталось наследство на несколько тыщ микрофарад и надо пристроить. По частотникам еще будет отдельная статья и в ней я рассмотрю подобный вариант включения двигателя. В статье про подключения я про него упомянул. Эта статья целиком и полностью посвящена выбору и расчету конденсатора 😛 Ну а циркулярка 5,5 кВт это очень круто. Мне 3 кВт хватало, чтобы бревна распиливать на 15 см диск в дерево входил.

    1. Потомственный мастер Денис Автор записи

      Александр, здравствуйте. Да, посмотрел. Не теоретически, а практически должно работать. Но я бы подумал насчет «треугольника», а не звезды. Не зря на подстанциях по высокой стороне используется треугольник. В треугольнике напряжения более жестко зафиксированы, чем в звезде. В случае с трехфазной равномерной нагрузкой проблем фатальных быть не должно, а вот с однофазной нагрузкой могут быть последствия. Ну и есть несколько нюансов. Наверное, я как-нибудь рассмотрю этот вариант отдельной статьей.

    1. Потомственный мастер Денис Автор записи

      Там ничего нового для меня нет 🙂 Я по этой причине и говорил про треугольник. На треугольнике больше вариантов фазное напряжение 220 вольт (но оно в этом случае будет линейным, а вот фазное 127 вольт будет плавающим), в звезде же мы получаем линейное 380, а фазное может плавать (смещение нейтрали) при неравномерной нагрузке). Скажи мне такой момент. Если современные блоки питания бестрансформаторные запитать постоянным напряжением, будут работать?

  4. AlexA, aka Alexander Adamenko

    Все импульсные блоки питания на входе имеют мостовой выпрямитель, следовательно работать будут. Те которые расчитаны на диапазон 90-264, точно будут работать.
    220Вольтовые желательно запитывать от 280-310 постоянки.
    110Вольтовые желательно запитывать от 150 понаястоянки.
    А вот как себя поведет активная PFC надо проверять.
    Вижу, к Солнышку потянуло, а?

    1. Потомственный мастер Денис Автор записи

      Давно к нему тянет :))))) Просто исследую различные моменты 🙂

  5. AlexA, aka Alexander Adamenko

    Это отдельная тема, очень много интересного можно реализовать.

    1. Потомственный мастер Денис Автор записи

      У тебя есть карт-бланш :)))))) Если будет такое желание.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *