Буває необхідність використовувати трифазний двигун в побутової однофазної мережі, при цьому відразу виникають питання:

>

  • які двигуни можна використовувати для цих цілей;
  • яку вибрати схему підключення;
  • які елементи можуть знадобитися;
  • чи потрібно робити розрахунок пускового конденсатора.

Про ці та деякі інші питання ми поговоримо в даній статті.

асинхронні електродвигуни

У сучасній промисловості і в побуті найбільшого поширення набули електродвигуни змінного струму. Це обумовлено рядом переваг:

  • простота конструкції;
  • надійність;
  • довговічність;
  • висока ефективність;
  • хороші масогабаритні показники.

Все це призвело до того, що це не тільки найпоширеніші, але і найбільш доступні електродвигуни з точки зору ціни і можливості їх придбання для звичайних людей.

Перш ніж перейти безпосередньо до теми пускових конденсаторів, необхідно зрозуміти принципи роботи цих машин. Є три основних типи.

  1. Асинхронні з короткозамкненим ротором.
  2. Асинхронні з фазним ротором.
  3. Синхронні.

Швидше за все, ви зіткнетеся з необхідністю підключення першого типу двигунів, тому про них ми і будемо говорити в подальшому.

Конструктивно електродвигун складається з нерухомого елемента - статора і обертається - ротора. На статорі намотана обмотка з мідних проводів, кінці і початку яких виведені в клемник. Обмотка ротора являє собою алюмінієві стрижні, залиті в спеціальні пази в металевому сердечнику ротора і замкнуті по краях кільцями з того ж матеріалу (тому дані машини і називаються короткозамкненими). Обертання ротора виникає в результаті взаємного впливу магнітних полів статора і ротора один на одного. У переважній більшості випадків ці машини трифазні.

Принцип роботи електродвигуна

При підключенні електродвигуна до трифазної мережі в статорі буде наводитися обертове магнітне поле, ротор починає обертатися. Якщо ж такий двигун підключити до побутової однофазної мережі, магнітне поле машини буде пульсуючим і двигун обертатися не буде.

Пояснити цей стан двигуна можна так. Уявіть циферблат, де дванадцять годин, це точка, з якої двигун починає обертатися. Пульсуюче магнітне поле штовхає ротор з однаковою силою то вправо, то вліво. Відбувається це з великою частотою, і через інерційність ротора він не встигає розігнатися ні вліво, ні вправо, при цьому двигун відповідним чином гуде. Це небезпечний стан, при якому він швидко перегрівається і без використання захисних засобів вийде з ладу. Якщо в цей момент рукою провернути вал ротора в будь-яку сторону, то двигун почне обертатися.

Запускати електродвигун таким способом незручно, не завжди можливо і небезпечно. Тому при підключенні трифазних двигунів до однофазної мережі використовують пусковий конденсатор, він дозволяє змістити магнітне поле однієї з обмоток і тим самим створити пусковий момент, під дією якого ротор почне обертатися.

Підключення трифазного електродвигуна до однофазної мережі

Перш ніж проводити розрахунок ємності, необхідно переконатися, що двигун може бути використаний для мережі 220 Вольт. Для початку дивимося на шильдик (металева пластинка з характеристиками) електродвигуна. Якщо там вказано, що можлива робота при напрузі 380/220 Вольт або 220/127 Вольт, то такий двигун нам підходить. Майте на увазі, що більша напруга застосовується при підключенні електродвигуна зіркою, а менша - при підключенні трикутником.

На статорі намотано три однакових обмотки, при підключенні зіркою початку всіх обмоток з'єднані в одну точку, а до кінців підключається напругу живлення. При підключенні трикутником кінець першої обмотки підключається до початку другої, кінець другої - до початку третьої, кінець третьої - до початку першої, а напругу живлення підключається до точок з'єднання двох обмоток.

Тепер розкриваємо клемник і дивимося, як з'єднані обмотки. Почала і кінці обмоток мають таке позначення (в дужках вказана нове маркування):

  • перша С1 (U1) - C4 (U2);
  • друга C2 (V1) - C5 (V2);
  • третя C3 (W1) - C6 (W2).

Визначити тип підключення можна за допомогою підказки, розташованої на внутрішній стороні клемної коробки.

При будь-якій схемі підключення від двигуна буде йти три дроти. У випадку з однофазної ланцюгом до двох з них підводиться напруга живлення, а третій провід з'єднується з мережею через ємність, це і є конденсатор для запуску двигуна і його роботи. Для нормальної роботи необхідно, щоб цей конденсатор був підключений постійно, і тому він називається робочим. Конденсатор, який підключається для створення високого пускового моменту, називається пусковим.

Робочий конденсатор

Підбір ємності для трифазного електродвигуна - не така проста задача, як може здатися. Для стійкої роботи в однофазної мережі зміщення магнітного поля в третій обмотці повинно бути присутнім постійно, для цього і робочий конденсатор підключений до мережі весь час роботи двигуна. Тому конденсатор для пуску електродвигуна повинен бути придатним для тривалої роботи в мережах змінного струму.

В першу чергу, це спеціально виготовлені для цих цілей конденсатори з відповідним робочим напругою. На корпусі таких елементів, крім номінальної ємності, зображений значок змінної напруги і вказана його величина. В нашій мережі напруга 220 Вольт, значить, номінальну напругу конденсатора повинно бути більше або дорівнює цій величині.

За радянських часів були широко поширені металізовані паперові герметизовані конденсатори типу МБГО і аналогічні їм. Завдяки тому, що вони володіють хорошими показниками ємності і робочої напруги, а також з-за їх надійності вони до сих пір широко використовуються домашніми майстрами, в тому числі і в якості робочих конденсаторів при переробці двигунів. На корпусі таких конденсаторів зазначено постійне робоче напруга, тому потрібно, щоб воно перевищувало напруга мережі не менше ніж в півтора рази. Для наших цілей підійдуть ті, у яких робоча напруга вище 400 Вольт.

Розрахунок конденсатора для трифазного двигуна

Для точного визначення величини ємності конденсатора потрібно провести нескладний розрахунок. При бажанні в мережі можна знайти онлайн-калькулятор, призначений для цих цілей, або таблиці, в яких вказані різні потужності двигунів і відповідні їм величини ємності конденсаторів. Якщо є необхідність провести розрахунок самостійно, то формули мають такий вигляд:

Ср = (2800 · I) / Uc

Ср = (4800 · I) / Uc

де:

  • Ср - величина ємності, мкФ;
  • 2800 коефіцієнт для схем з підключенням зіркою;
  • 4800 коефіцієнт для схем з підключенням трикутником;
  • I - струм в схемі, А;
  • Uc - напруга мережі, В.

Струм можна розрахувати за формулою:

I = P / (1, 73 · Uc · cosφ · η)

де:

  • Р - потужність, Вт;
  • cosφ - коефіцієнт потужності;
  • η - ККД.

Всі необхідні для розрахунку дані знаходяться на етикетці машини. При їх відсутності запам'ятайте, що для цього типу машин коефіцієнт потужності становить приблизно 0.9, а ККД близько 0.75.

Для прикладу, зробимо розрахунок ємності конденсатора для двигуна потужністю 2 кВт при його включенні трикутником до мережі змінного струму напругою 220 В. Розрахуємо струм в схемі (потужність з кіловат переводимо в вати):

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

Тоді ємність:

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

В результаті отримали, що необхідна ємність в 170 микрофарад. У продажу ви не знайдете конденсатор такої ємності для напруги 220 В, але його можна зібрати з декількох, керуючись такими формулами розрахунку сумарної ємності:

  • при паралельному з'єднанні С = С1 + С2;
  • при послідовному з'єднанні С = (С1 · С2) / (С1 + С2).

Величина ємності зібраної батареї може дещо відрізнятися від розрахункової, але слід пам'ятати, що збільшення ємності приведе до зростання струму в обмотках двигуна і, як результат, до його підвищеного нагрівання, тому краще підібрати ємність батареї менше розрахункової.

Величина ємності залежить і від навантаження на валу. Так як врахувати цю величину при розрахунку важко, а ще через те, що номінальні ємності конденсаторів можуть відрізнятися від зазначених на них, вкрай бажано після запуску і виходу електродвигуна на робочі обороти перевірити струми в обмотках, і якщо вони вище номінальних, то необхідно зменшити сумарну ємність батареї.

Вибір пускового конденсатора для електродвигуна

Для стійкого пуску і роботи двигунів порівняно невеликої потужності достатньо робочого конденсатора, але для потужних машин необхідно застосування пускового конденсатора. У схему він включається паралельно робочому через вимикач. На відміну від робочого, на пусковий напруга подається тільки в момент пуску, і після розгону електродвигуна він відключається. Його величина вибирається з розрахунку дві або три величини ємності робочого конденсатора.

Конденсатори для запуску електродвигуна підключаються всього на кілька секунд, тому для побутових потреб в якості пускових можна застосовувати електролітичні (полярні) конденсатори. Їх плюс в тому, що вони мають значно більшою ємністю, ніж неполярні, при тих же розмірах і значно дешевше. Багато таких конденсаторів в старих лампових телевізорах, так що знайти їх не складе особливих труднощів. Вимоги по напрузі такі ж, як і до робочих конденсаторів.

Однофазні двигуни змінного струму

Велика потреба в двигунах змінного струму для побутових потреб привела до появи однофазних машин. Відмінність їх від раніше розглянутих в тому, що на їх статорі розташоване не три, а дві обмотки: пускова і робоча. Як і для трифазних машин, для їх роботи в пусковий обмотці необхідний фазосдвігающій елемент, тому схема підключення однофазного двигуна містить конденсатор.

На завершення хотілося б відзначити, що при конденсаторної схемою включення трифазних двигунів в побутову мережу їх характеристики стають значно гірше.

  1. Потужність зменшується приблизно на 30%, що в деяких випадках унеможливлює експлуатацію електрообладнання. Вирішити цю проблему можна заміною електродвигуна на більш потужний.
  2. Невеликий пусковий момент. Це ще один значний недолік такої схеми підключення, тому запускати такі двигуни бажано без навантаження.
  3. Низький ККД і коефіцієнт потужності.

Що стосується частоти обертання, то вона залишається незмінною і відповідає номінальній.

При монтажі та налагодження схеми необхідно суворо дотримуватися правил техніки безпеки. Не забувайте, що в схемі присутні конденсатори, тому після відключення живлення необхідно дати їм час для розрядки, перш ніж торкатися струмопровідних частин схеми.

Категорія:

Технології