Как выбрать конденсатор для электродвигателя: Расчёт ёмкости конденсатора для трехфазного асинхронного двигателя в однофазной сети | Калькуляторы

Содержание

как выбрать? Советы, как рассчитать мощность + обзор лучших пусковых конденсаторов

Пусковые конденсаторы используются практически в любом электрическом устройстве, которое требует немедленного запуска и одновременного использования большого количества энергии.
Конденсатор в цепи постоянного тока
Расчет энергии в конденсаторе

Без них не обходится ни одно комплексное бытовое, автомобильное, промышленное, телекоммуникационное и энергетическое оборудование.

Что такое конденсатор

Конденсатор представляет собой электрический или электронный компонент, состоящий из пары проводников, называемых крышками, разделенных диэлектриком.

Конструкция и принцип работы конденсатора очень просты. Две плоскости проводника (обычно металлического), профессионально называемые крышками, отделены друг от друга тонким слоем диэлектрика (изолятора).

При подаче постоянного напряжения на соответствующих крышках накапливаются заряды противоположного знака, возникает эффект однородного электрического поля между ними.

После отключения от источника напряжения на пластинах остаются заряды — это значит, что конденсатор заряжен.

Параметры конденсатора

Основными характеристиками конденсатора являются номинальная емкость с допуском, а также номинальное напряжение и диэлектрические потери.

К наиболее важным параметрам конденсатора относятся испытательное напряжение, допустимое переменное напряжение, сопротивление изоляции, температурный коэффициент емкости, климатическая категория и размеры.

  • На емкость конденсатора электродвигателя можно влиять, изменяя три параметра: поверхность крышек, расстояние между ними и проницаемость изолятора. Если нужно получить конденсатор с большей емкостью, то следует использовать большие пластины, уменьшить расстояние между ними и использовать хороший диэлектрик.
  • Однако, при увеличении поверхность крышек, неизбежно увеличиваются габариты конденсатор. При уменьшении расстояние между пластинами, снижается максимальное напряжение, с которым может работать конденсатор.
  • При очень тонком диэлектрическом слое небольшого напряжения достаточно, чтобы пробить изолятор и вызвать короткое замыкание.

Электродвигатель потребляет много мгновенной мощности во время запуска и создает значительные помехи. Пусковые конденсаторы используются для обеспечения двигателя достаточной мощностью и в то же время соответствующего фазового сдвига в однофазных двигателях.

Типы конденсаторов

Существуют различные виды конденсаторов для электродвигателей:

  • Фольговые конденсаторы отличаются хорошей стабильностью параметров (в основном, емкости), также могут работать при высоких напряжениях (порядка нескольких сотен вольт). По этой причине их охотно используют в основном в цепях питания сети. Емкости фольговых конденсаторов остаются на уровне от примерно одного до нескольких десятков микрофарад.
  • Электролитические конденсаторы предлагают очень большую емкость (от единиц микрофарад до нескольких десятков фарад). Эти типы конденсаторов имеют довольно низкую точность измерения емкости (часто в диапазоне +/- 20%) и показывают довольно большие колебания этого параметра в зависимости от температуры окружающей среды, рабочего напряжения и времени. Можно выделить две основные группы: алюминиевые и танталовые электролитические конденсаторы.
  • Керамические конденсаторы наиболее часто используются. Их структура в чем-то схожа с фольгированными конденсаторами Эти конденсаторы характеризуются самой низкой емкостью среди упомянутых типов элементов (от единичных пикофарад до нескольких микрофарад), но у них есть другие, очень выгодные с практической точки зрения особенности. Они обеспечивают хорошую температурную стабильность, низкий допуск по емкости и низкие потери. Такие конденсаторы могут присутствовать как в корпусах для сквозных отверстий, так и в корпусах для поверхностного монтажа.
  • Слюдяные конденсаторы, несмотря на многие превосходные свойства (включая высокую стабильность емкости во времени, строго определенный температурный коэффициент емкости), постепенно снимаются с производства по материальным и технологическим причинам. Слюдяные конденсаторы сконструированы аналогично керамическим многослойным конденсаторам, но, поскольку они не подвергаются отжигу при высоких температурах, электроды могут быть изготовлены из серебра.
  • Конденсаторы из полистирола отличаются высокой стабильностью, высоким сопротивлением изоляции, малым тангенсом угла потерь, малым (и в то же время постоянным) отрицательным температурным коэффициентом емкости и возможностью достижения жестких допусков емкости. В некоторой степени недостатком этих конденсаторов является относительно низкая верхняя допустимая рабочая температура (+ 70С).

Фото конденсаторов для электродвигателей поможет вам при походе в магазин.

Выбор конденсатора

Пусковые конденсаторы используются для обеспечения двигателя достаточной мощностью и в то же время соответствующего фазового сдвига в однофазных двигателях.

Многие любители часто не знают, как выбрать конденсатор для электродвигателя.

  • Чаще всего конденсаторы из фольги предназначены для трехфазных двигателей, для работы при напряжении в диапазоне 400 — 500 В. Обычно такие конденсаторы обеспечивают емкость порядка от 1 до 100 микрофарад.
  • Конденсатор для трехфазного двигателя лучше всего выбирать в соответствии с мощностью самого двигателя. Слишком большой конденсатор будет нагревать двигатель.
  • В случае однофазных асинхронных двигателей используются системы с рабочим конденсатором, системы с рабочим конденсатором и пусковым конденсатором или системы с пусковым конденсатором и пусковой обмоткой.

Асинхронный двигатель с конденсатором состоит из основной и вспомогательной обмотки на статоре. Они включены последовательно в пусковую обмотку для запуска конденсатора, так что фазовый угол основной и вспомогательной обмоток составляет 90 градусов.

Это создает большой пусковой крутящий момент и приводит в движение ротор. Благодаря простой конструкции, этот тип электродвигателей широко применяется в электрических вентиляторах, вытяжках, кухонных вытяжках, насосах, компрессорах для холодильника и других бытовых электроприборах. Простые знания помогут выбрать конденсаторы для асинхронных двигателей.

Чтобы выбрать пусковой конденсатор для двигателя, необходимо внимательно изучить инструкцию конкретного устройства. Пусковой конденсатор должен соответствовать двигателю по емкости и величине подачи пусковой фазы, а также способу монтажа.

Фото конденсатора для электродвигателя


Поделитесь с друзьями


Сколько нужно конденсаторов для электродвигателя 3 квт

Что делать, если требуется подключить двигатель к источнику, рассчитанному на другой тип напряжения (например, трехфазный двигатель к однофазной сети)? Такая необходимость может возникнуть, в частности, если нужно подключить двигатель к какому-либо оборудованию (сверлильному или наждачному станку и пр.). В этом случае используются конденсаторы, которые, однако, могут быть разного типа. Соответственно, надо иметь представление о том, какой емкости нужен конденсатор для электродвигателя, и как ее правильно рассчитать.

Что такое конденсатор

Конденсатор состоит из двух пластин, расположенных друг напротив друга. Между ними помещается диэлектрик. Его задача – снимать поляризацию, т.е. заряд близкорасположенных проводников.

Существует три вида конденсаторов:

  • Полярные. Не рекомендуется использовать их в системах, подключенных к сети переменного тока, т.к. вследствие разрушения слоя диэлектрика происходит нагрев аппарата, вызывающий короткое замыкание.
  • Неполярные. Работают в любом включении, т.к. их обкладки одинаково взаимодействуют с диэлектриком и с источником.
  • Электролитические (оксидные). В роли электродов выступает тонкая оксидная пленка. Считаются идеальным вариантом для электродвигателей с низкой частотой, т.к. имеют максимально возможную емкость (до 100000 мкФ).

Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя

Задаваясь вопросом: как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя, нужно принять во внимание ряд параметров.

Чтобы подобрать емкость для рабочего конденсатора, необходимо применить следующую расчетную формулу: Сраб.=k*Iф / U сети, где:

  • k – специальный коэффициент, равный 4800 для подключения «треугольник» и 2800 для «звезды»;
  • Iф – номинальное значение тока статора, это значение обычно указывается на самом электродвигателе, если же оно затерто или неразборчиво, то его измеряют специальными клещами;
  • U сети – напряжение питания сети, т.е. 220 вольт.

Таким образом вы рассчитаете емкость рабочего конденсатора в мкФ.

Еще один вариант расчета – принять во внимание значение мощности двигателя. 100 Ватт мощности соответствуют примерно 7 мкФ емкости конденсатора. Осуществляя расчеты, не забывайте следить за значением тока, поступающего на фазную обмотку статора. Он не должен иметь большего значения, чем номинальный показатель.

В случае, когда пуск двигателя производится под нагрузкой, т.е. его пусковые характеристики достигают максимальных величин, к рабочему конденсатору добавляется пусковой. Его особенность заключается в том, что он работает примерно в течение трех секунд в период пуска агрегата и отключается, когда ротор выходит на уровень номинальной частоты вращения. Рабочее напряжение пускового конденсатора должно быть в полтора раза выше сетевого, а его емкость – в 2,5-3 раза больше рабочего конденсатора. Чтобы создать необходимую емкость, вы можете подключить конденсаторы как последовательно, так и параллельно.

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя

Асинхронные двигатели, рассчитанные на работу в однофазной сети, обычно подключаются на 220 вольт. Однако если в трехфазном двигателе момент подключения задается конструктивно (расположение обмоток, смещение фаз трехфазной сети), то в однофазном необходимо создать вращательный момент смещения ротора, для чего при запуске применяется дополнительная пусковая обмотка. Смещение ее фазы тока осуществляется при помощи конденсатора.

Итак, как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя?

Чаще всего значение общей емкости Сраб+Спуск (не отдельного конденсатора) таково: 1 мкФ на каждые 100 ватт.

Есть несколько режимов работы двигателей подобного типа:

  • Пусковой конденсатор + дополнительная обмотка (подключаются на время запуска). Емкость конденсатора: 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя.
  • Рабочий конденсатор (емкость 23-35 мкФ) + дополнительная обмотка, которая находится в подключенном состоянии в течение всего времени работы.
  • Рабочий конденсатор + пусковой конденсатор (подключены параллельно).

Если вы размышляете: как подобрать конденсатор к электродвигателю 220в, стоит исходить из пропорций, приведенных выше. Тем не менее, нужно обязательно проследить за работой и нагревом двигателя после его подключения. Например, при заметном нагревании агрегата в режиме с рабочим конденсатором, следует уменьшить емкость последнего. В целом, рекомендуется выбирать конденсаторы с рабочим напряжением от 450 В.

Как выбрать конденсатор для электродвигателя – вопрос непростой. Для обеспечения эффективной работы агрегата нужно чрезвычайно внимательно рассчитать все параметры и исходить из конкретных условий его работы и нагрузки.

Часто для подключения асинхронного трехфазного двигателя в бытовую электросеть используются конденсаторы для запуска электродвигателя. Для них рабочим является напряжение 380 В, которое применяется во всех сферах производства.

Но рабочее напряжение бытовой сети у нас 220 В. И для того, чтобы подключить промышленный трехфазный двигатель к обычной потребительской сети, используются фазосдвигающие элементы:

  • пусковой конденсатор;
  • рабочий конденсатор.

Пусковой конденсатор.

Схемы подключения при рабочем напряжении в 380 В

Выпускаемые промышленностью асинхронные трехфазные двигатели возможно подключить двумя основными способами:

  • соединение «звездой»;
  • соединение «треугольником».

Электродвигатели конструктивно выполняются из подвижного ротора и корпуса, в который вставлен находящийся неподвижно статор (может быть собран непосредственно в корпусе или вставляться туда). Статор имеет в своем составе 3 равнозначные обмотки, специальным образом намотанные и расположенные на нем.

При соединении «звездой» концы всех трех обмоток двигателя соединяются вместе, а к их началам подаются три фазы. При соединении обмоток «треугольником» конец одной соединяется с началом следующей.

Соединение треугольник и звезда.

Принцип работы двигателя

При работе электродвигателя, подключенного к трехфазной сети 380 В, в каждую из его обмоток последовательно подается напряжение и по каждой из них протекает ток, создающий переменное магнитное поле, которое воздействует на ротор, закрепленный подвижно на подшипниках, который заставляет его вращаться. Для запуска при таком варианте работы никаких дополнительных элементов не нужно.

Если один из трехфазных асинхронных электродвигателей подключить к однофазной сети 220 В, то вращающий момент не возникнет и двигатель не запустится. Для запуска от однофазной сети трехфазных устройств, придумано множество различных вариантов.

Одним из самых простых и распространенных среди них является применение фазового сдвига. Для этого используются различные фазосдвигающие конденсаторы для электродвигателей, через которые подключается контакт третьей фазы.

Кроме этого, обязательно наличие еще одного элемента. Это пусковой конденсатор. Он предназначен для запуска самого двигателя и должен работать только в момент запуска порядка 2-3 секунд. Если его оставить включенным на длительное время, то обмотки двигателя быстро перегреются и он выйдет из строя.

Чтобы это реализовать, можно использовать специальный выключатель, у которого есть две пары включаемых контактов. При нажатой кнопке одна пара фиксируется до последующего нажатия кнопки «Стоп», а вторая будет замкнута только тогда, когда нажимается кнопка «Пуск». Это предотвращает выход электродвигателя из строя.

Схемы подключения для рабочего напряжения в 220 В

Из-за того, что существует два основных варианта подключения обмоток электродвигателей, схем подвода бытовой сети будет тоже две. Обозначения:

  • «П» – выключатель, осуществляющий пуск;
  • «Р» – специальный переключатель, предназначенный для реверса двигателя;
  • «Сп» и Ср» – пусковой и рабочий конденсаторы соответственно.

При подключении к сети 220 В у трехфазных электродвигателей появляется возможность менять направление вращения на противоположное. Это можно осуществлять при помощи тумблера «Р».

Схема подвода бытовой сети.

Внимание! Менять направление вращения можно лишь при отключении питающего напряжения и полной остановке электродвигателя, чтобы не сломать его.

«Сп» и «Ср» (рабочие и пусковые конденсаторы) можно рассчитать по специальной формуле: Ср=2800*I/U, где I – потребляемый ток, U – номинальное напряжение электродвигателя. После вычисления Ср можно подобрать и Сп. Емкость конденсаторов пусковых должна быть больше минимум в два раза, чем у Ср. Для удобства и упрощения выбора можно принять за основу следующие значения:

  • М = 0,4 кВт Ср = 40 мкФ, Сп = 80 мкФ;
  • М = 0,8 кВт Ср = 80 мкФ, Сп = 160 мкФ;
  • М = 1,1 кВт Ср = 100 мкФ, Сп = 200 мкФ;
  • М = 1,5 кВт Ср = 150 мкФ, Сп = 250 мкФ;
  • М = 2,2 кВт Ср =230 мкФ, Сп = 300 мкФ.

Где М – номинальная мощность используемых электродвигателей, Ср и Сп – рабочие и пусковые конденсаторы.

Некоторые особенности и советы при работе от бытовой сети в 220 В

При использовании асинхронных электродвигателей, рассчитанных для рабочего напряжения 380 В в бытовой сфере, подключив их к сети 220 В, вы теряете около 50% номинальной мощности двигателей, но при этом скорость вращения ротора остается неизменной. Помните об этом, выбирая необходимую для работы мощность.

Уменьшить потери мощности можно, применив соединение обмоток «треугольником», при нем КПД электродвигателя останется где-то на уровне 70%, что будет ощутимо выше, чем при соединении обмоток «звездой».

Поэтому если технически осуществимо в распределительной коробке самого электродвигателя поменять соединение «звезда» на соединение «треугольник», то сделайте это. Ведь приобретение «дополнительных» 20% мощности будет хорошим шагом и помощью в работе.

При выборе конденсаторов пусковых и рабочих имейте в виду, что их номинальное напряжение должно быть минимум в 1,5 раза больше, чем напряжение в сети. То есть для сети в 220 В желательно для запуска и стабильной работы использовать емкости, рассчитанные на напряжение 400 – 500 В.

Двигатели с рабочим напряжением 220/127 В можно подключать только «звездой». При использовании другого соединения вы при пуске его просто сожжете, и останется только сдать все в утиль.

Если вы не можете подобрать конденсатор, использующийся для пуска и при работе, то можно взять их несколько и соединить параллельно. Общая емкость в этом случае подсчитывается следующим образом: Собщ = С1+С2+….+Ск, где к – необходимое их количество.

Иногда, особенно при значительной нагрузке, он сильно перегревается. В этом случае степень нагрева можно попытаться уменьшить, меняя емкость Ср (рабочего конденсатора). Ее постепенно снижают, проверяя при этом нагрев двигателя. И наоборот, если рабочая емкость недостаточна, то выходная мощность, выдаваемая устройством, будет маленькой. В этом случае можно попробовать увеличить емкость конденсатора.

Для более быстрого и легкого пуска устройства, если существует такая возможность, отключайте от него нагрузку. Это касается именно тех двигателей, которые были переделаны с сети 380 В на сеть 220 В.

Заключение по теме

Если вы хотите использовать для своих нужд промышленный трехфазный электродвигатель, то к нему нужно собрать дополнительную схему подключения, учитывая все необходимые для этого условия. И обязательно помните, что это электрическое оборудование и необходимо соблюдать все нормы и правила безопасности при работе с ним.

Время чтения: 2 минуты Нет времени?

Отправим материал вам на e-mail

Когда асинхронный двигатель подключается в однофазную сеть 220/230 В необходимо обеспечить сдвиг фаз в обмотках статора, имитирующий вращающееся магнитное поле. Это и приводит к вращению вала ротора электродвигателя, как в «родных» трехфазных сетях переменного тока. Для достижения этой цели в «не родных сетях» и служит конденсатор.

Подключение конденсатора к электродвигателю

Подбирать конденсатор следует очень внимательно, поэтому специально для читателей нашего онлайн-журнала был разработан удобный калькулятор с необходимыми пояснениями.

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора

Пояснения к расчету

Схема соединения обычно отмечена на самом конденсаторе, и может обозначаться либо звёздой, либо треугольником. Как правило, это две разные формы, ёмкость которых рассчитывается, по- разному:

Схема подключения рабочего и пускового конденсатора при разных способах подключения обмоток Расчетные зависимости
Ср = 2800*I/U;
I = P/(√3*U*η*cosϕ)

Ср – емкость рабочего конденсатора

Ср = 4800*I/U;
I = P/(√3*U*η*cosϕ)

Ср – емкость рабочего конденсатора

Сп = 2,5*Ср, где Сп – емкость пускового конденсатора при любом способе подключения Расшифровка обозначений:

Ср – емкость рабочего конденсатора, мкФ
Сп – емкость пускового конденсатора, мкФ
I – ток, А
U – напряжение в сети, В
η – КПД двигателя в %, деленных на 100
cosϕ – коэффициент мощности

Полученные результаты расчета используются для подбора конденсаторов нужных номиналов. Номинала именно расчетного значения вряд ли можно будет найти, поэтому правила подбора следующие:

  • если расчетное значение точно попало в существующий номинал, то в этом случае повезло – берете именно такой.
  • если совпадения нет, то рекомендуется выбирать емкость ближайшего нижнего номинального значения. Выбирать выше не следует (особенно для рабочих конденсаторов), так как существует вероятность значительного возрастания рабочих токов и перегрева обмоток.
  • По напряжению конденсаторы обязательно подбираются с номиналом не менее, чем в 1,5 раза выше напряжения сети, поскольку в момент пуска напряжение на самом конденсаторе всегда повышенное. Например, для однофазного напряжения 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, а по опыту электриков даже не менее 400 В.

Ниже мы приведем таблицу номинальных значений конденсаторов серий СВВ60 и СВВ65. Эти конденсаторы чаще всего применяют при подключении асинхронных двигателей. Серия СВВ65 отличается от серии СВВ60 металлическим корпусом. В качестве пусковых часто применяют электролитические конденсаторы серии CD60. Причем опытные профессионалы не рекомендуют использовать их в качестве рабочих, поскольку продолжительные время работы быстро выводит их из строя.

Полипропиленовые пленочные конденсаторы серий СВВ60 и СВВ65 Электролитические неполярные конденсаторы серии CD60
Изображение
Номинальное рабочее напряжение, В 400; 450; 630 220-275; 300; 450
Номинальный ряд, мкФ 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 10; 12; 14; 15; 16; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 100; 120; 150 5; 10; 15; 20; 25; 50; 75; 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 1000; 1200; 1500

Иногда бывает рациональнее использовать два и более конденсатора, чтобы получить нужную емкость. При этом они могут быть соединены последовательно или параллельно. При параллельном соединении результирующая емкость будет складываться, при последовательном она будет меньше емкости любого из конденсаторов. Для расчета данного соединения мы также подготовили для вас специальный калькулятор.

Калькулятор расчета результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсатора

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Как подобрать пусковой конденсатор для электродвигателя

Что делать, если требуется подключить двигатель к источнику, рассчитанному на другой тип напряжения (например, трехфазный двигатель к однофазной сети)? Такая необходимость может возникнуть, в частности, если нужно подключить двигатель к какому-либо оборудованию (сверлильному или наждачному станку и пр.). В этом случае используются конденсаторы, которые, однако, могут быть разного типа. Соответственно, надо иметь представление о том, какой емкости нужен конденсатор для электродвигателя, и как ее правильно рассчитать.

Что такое конденсатор

Конденсатор состоит из двух пластин, расположенных друг напротив друга. Между ними помещается диэлектрик. Его задача – снимать поляризацию, т.е. заряд близкорасположенных проводников.

Существует три вида конденсаторов:

  • Полярные. Не рекомендуется использовать их в системах, подключенных к сети переменного тока, т.к. вследствие разрушения слоя диэлектрика происходит нагрев аппарата, вызывающий короткое замыкание.
  • Неполярные. Работают в любом включении, т.к. их обкладки одинаково взаимодействуют с диэлектриком и с источником.
  • Электролитические (оксидные). В роли электродов выступает тонкая оксидная пленка. Считаются идеальным вариантом для электродвигателей с низкой частотой, т.к. имеют максимально возможную емкость (до 100000 мкФ).

Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя

Задаваясь вопросом: как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя, нужно принять во внимание ряд параметров.

Чтобы подобрать емкость для рабочего конденсатора, необходимо применить следующую расчетную формулу: Сраб.=k*Iф / U сети, где:

  • k – специальный коэффициент, равный 4800 для подключения «треугольник» и 2800 для «звезды»;
  • Iф – номинальное значение тока статора, это значение обычно указывается на самом электродвигателе, если же оно затерто или неразборчиво, то его измеряют специальными клещами;
  • U сети – напряжение питания сети, т.е. 220 вольт.

Таким образом вы рассчитаете емкость рабочего конденсатора в мкФ.

Еще один вариант расчета – принять во внимание значение мощности двигателя. 100 Ватт мощности соответствуют примерно 7 мкФ емкости конденсатора. Осуществляя расчеты, не забывайте следить за значением тока, поступающего на фазную обмотку статора. Он не должен иметь большего значения, чем номинальный показатель.

В случае, когда пуск двигателя производится под нагрузкой, т.е. его пусковые характеристики достигают максимальных величин, к рабочему конденсатору добавляется пусковой. Его особенность заключается в том, что он работает примерно в течение трех секунд в период пуска агрегата и отключается, когда ротор выходит на уровень номинальной частоты вращения. Рабочее напряжение пускового конденсатора должно быть в полтора раза выше сетевого, а его емкость – в 2,5-3 раза больше рабочего конденсатора. Чтобы создать необходимую емкость, вы можете подключить конденсаторы как последовательно, так и параллельно.

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя

Асинхронные двигатели, рассчитанные на работу в однофазной сети, обычно подключаются на 220 вольт. Однако если в трехфазном двигателе момент подключения задается конструктивно (расположение обмоток, смещение фаз трехфазной сети), то в однофазном необходимо создать вращательный момент смещения ротора, для чего при запуске применяется дополнительная пусковая обмотка. Смещение ее фазы тока осуществляется при помощи конденсатора.

Итак, как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя?

Чаще всего значение общей емкости Сраб+Спуск (не отдельного конденсатора) таково: 1 мкФ на каждые 100 ватт.

Есть несколько режимов работы двигателей подобного типа:

  • Пусковой конденсатор + дополнительная обмотка (подключаются на время запуска). Емкость конденсатора: 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя.
  • Рабочий конденсатор (емкость 23-35 мкФ) + дополнительная обмотка, которая находится в подключенном состоянии в течение всего времени работы.
  • Рабочий конденсатор + пусковой конденсатор (подключены параллельно).

Если вы размышляете: как подобрать конденсатор к электродвигателю 220в, стоит исходить из пропорций, приведенных выше. Тем не менее, нужно обязательно проследить за работой и нагревом двигателя после его подключения. Например, при заметном нагревании агрегата в режиме с рабочим конденсатором, следует уменьшить емкость последнего. В целом, рекомендуется выбирать конденсаторы с рабочим напряжением от 450 В.

Как выбрать конденсатор для электродвигателя – вопрос непростой. Для обеспечения эффективной работы агрегата нужно чрезвычайно внимательно рассчитать все параметры и исходить из конкретных условий его работы и нагрузки.

Время чтения: 2 минуты Нет времени?

Отправим материал вам на e-mail

Когда асинхронный двигатель подключается в однофазную сеть 220/230 В необходимо обеспечить сдвиг фаз в обмотках статора, имитирующий вращающееся магнитное поле. Это и приводит к вращению вала ротора электродвигателя, как в «родных» трехфазных сетях переменного тока. Для достижения этой цели в «не родных сетях» и служит конденсатор.

Подключение конденсатора к электродвигателю

Подбирать конденсатор следует очень внимательно, поэтому специально для читателей нашего онлайн-журнала был разработан удобный калькулятор с необходимыми пояснениями.

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора

Пояснения к расчету

Схема соединения обычно отмечена на самом конденсаторе, и может обозначаться либо звёздой, либо треугольником. Как правило, это две разные формы, ёмкость которых рассчитывается, по- разному:

Схема подключения рабочего и пускового конденсатора при разных способах подключения обмоток Расчетные зависимости
Ср = 2800*I/U;
I = P/(√3*U*η*cosϕ)

Ср – емкость рабочего конденсатора

Ср = 4800*I/U;
I = P/(√3*U*η*cosϕ)

Ср – емкость рабочего конденсатора

Сп = 2,5*Ср, где Сп – емкость пускового конденсатора при любом способе подключения Расшифровка обозначений:

Ср – емкость рабочего конденсатора, мкФ
Сп – емкость пускового конденсатора, мкФ
I – ток, А
U – напряжение в сети, В
η – КПД двигателя в %, деленных на 100
cosϕ – коэффициент мощности

Полученные результаты расчета используются для подбора конденсаторов нужных номиналов. Номинала именно расчетного значения вряд ли можно будет найти, поэтому правила подбора следующие:

  • если расчетное значение точно попало в существующий номинал, то в этом случае повезло – берете именно такой.
  • если совпадения нет, то рекомендуется выбирать емкость ближайшего нижнего номинального значения. Выбирать выше не следует (особенно для рабочих конденсаторов), так как существует вероятность значительного возрастания рабочих токов и перегрева обмоток.
  • По напряжению конденсаторы обязательно подбираются с номиналом не менее, чем в 1,5 раза выше напряжения сети, поскольку в момент пуска напряжение на самом конденсаторе всегда повышенное. Например, для однофазного напряжения 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, а по опыту электриков даже не менее 400 В.

Ниже мы приведем таблицу номинальных значений конденсаторов серий СВВ60 и СВВ65. Эти конденсаторы чаще всего применяют при подключении асинхронных двигателей. Серия СВВ65 отличается от серии СВВ60 металлическим корпусом. В качестве пусковых часто применяют электролитические конденсаторы серии CD60. Причем опытные профессионалы не рекомендуют использовать их в качестве рабочих, поскольку продолжительные время работы быстро выводит их из строя.

Полипропиленовые пленочные конденсаторы серий СВВ60 и СВВ65 Электролитические неполярные конденсаторы серии CD60
Изображение
Номинальное рабочее напряжение, В 400; 450; 630 220-275; 300; 450
Номинальный ряд, мкФ 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 10; 12; 14; 15; 16; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 100; 120; 150 5; 10; 15; 20; 25; 50; 75; 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 1000; 1200; 1500

Иногда бывает рациональнее использовать два и более конденсатора, чтобы получить нужную емкость. При этом они могут быть соединены последовательно или параллельно. При параллельном соединении результирующая емкость будет складываться, при последовательном она будет меньше емкости любого из конденсаторов. Для расчета данного соединения мы также подготовили для вас специальный калькулятор.

Калькулятор расчета результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсатора

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

При подключении асинхронного трехфазного электродвигателя на 380 В в однофазную сеть на 220 В необходимо рассчитать емкость фазосдвигающего конденсатора, точнее двух конденсаторов – рабочего и пускового конденсатора. Онлайн калькулятор для расчета емкости конденсатора для трехфазного двигателя в конце статьи.

Как подключить асинхронный двигатель?

Подключение асинхронного двигателя осуществляется по двум схемам: треугольник (эффективнее для 220 В) и звезда (эффективнее для 380 В).

На картинке внизу статьи вы увидите обе эти схемы подключения. Здесь, я думаю, описывать подключение не стоит, т.к. это описано уже тысячу раз в Интернете.

Во основном, у многих возникает вопрос, какие нужны емкости рабочего и пускового конденсаторов.

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.

Для чего нужны конденсаторы. Как подобрать конденсаторы для электродвигателя

Радиолюбители используют алюминиевые, танталовые, керамические конденсаторы и многие другие. От правильного выбора конденсатора зависит его надежность при эксплуатации, так как использовать его надо в таких режимах работы, которые не превышают заданные условия. Для этого нужно определить значения номинальных параметров и допустимые их изменения в процессе работы, возможные режимы и электрические нагрузки, конструкцию, показатели надежности и долговечности, варианты монтажа, размеры и массу.

Практика работы показывает, что разрешенное напряжение, обозначенное на его корпусе, не должно быть меньше, чем на электрической схеме. Можно выбрать больше на 20-30%. Емкость может быть использована в пределах +-10%, но лучше брать ее не меньше, чем на электрической схеме.

Если конденсаторы должны находиться в цепи питания, шунтировать ВЧ (высокие частоты), тогда лучше использовать керамические. Если они должны быть установлены в частотозадающем каскаде, тогда лучше брать их с малым ТКЕ (температурный коэффициент емкости), чтобы не было дрейфа частоты. Во всех случаях конденсаторы следует использовать при меньших нагрузках и облегченных режимах (по сравнению с максимально допустимыми).

Дополнительные сведения по выбору конденсатора

Выполненный монтаж и крепление должны обеспечивать нужную механическую прочность, отличный электрический контакт и отсутствие резонансных явлений. Их приспособления (для крепления) не должны повредить корпус и защитные покрытия, а также ухудшать условия отвода тепла. Никогда не надо применять конденсаторы сомнительного происхождения (например, электролитические, выполненные некачественно могут взрываться). Надо обращать внимание на удобство установки и наличие защиты выводных контактов от случайного замыкания.

Радиолюбители выбирают конденсаторы по их емкостям и рабочим напряжениям. Но есть и другие характеристики, на которые нужно обращать внимание. Конденсаторы еще не имеют идеальных параметров, поэтому они обладают такими свойствами, как ESR (Effective Series Resistance) — эквивалентное последовательное сопротивление и ESI (Effective Series Inductance) — эквивалентная последовательная индуктивность. На их емкость влияет температура, напряжение, механические воздействия. При неправильном выборе конденсатора может появиться повышенное потребление тока и увеличенный уровень шумов, нестабильная работа всей конструкции.

Если заглянуть внутрь корпуса любого электроприбора, можно увидеть множество различных компонентов, применяемых в современной схемотехнике. Разобраться, как работают все эти соединенные в единую систему резисторы, транзисторы, диоды и микросхемы, довольно сложно. Однако для того чтобы понять, зачем нужен конденсатор в электрических цепях, достаточно знаний школьного курса физики.

Устройство конденсатора и его свойства

Конденсатор состоит из двух или более электродов – обкладок, между которыми помещен слой диэлектрика. Такая конструкция обладает способностью накапливать электрический заряд при подключении к источнику напряжения. В качестве диэлектрика могут использоваться воздух или твердые вещества: бумага, слюда, керамика, оксидные пленки.

Основная характеристика конденсатора – постоянная или переменная электрическая емкость, измеряемая в фарадах. Она зависит от площади обкладок, зазора между ними и вида диэлектрика. Емкость конденсатора определяет два важнейших его свойства: способность накапливать энергию и зависимость проводимости от частоты пропускаемого сигнала, благодаря которым этот компонент получил широкое применение в электрических цепях.

Накопление энергии

Если подключить плоский конденсатор к источнику постоянного напряжения, на одном из его электродов будут постепенно собираться отрицательные заряды, а на другом – положительные. Данный процесс, называемый зарядкой, показан на рисунке. Его длительность зависит от значений емкости и активного сопротивления элементов цепи.


Наличие диэлектрика между обкладками препятствует протеканию заряженных частиц внутри устройства. Но в самой цепи в это время электрический ток будет существовать до тех пор, пока напряжения на конденсаторе и источнике не станут равны. Теперь, если отключить элемент питания от емкости, она сама будет являться своеобразной батарейкой, способной отдавать энергию в случае подсоединения нагрузки.

Зависимость сопротивления от частоты тока

Подключенный к цепи переменного тока конденсатор будет периодически перезаряжаться в соответствии с изменением полярности питающего напряжения. Таким образом, рассматриваемый электронный компонент, наряду с резисторами и катушками индуктивности, создает сопротивление Rс=1/(2πfC), где f – частота, С – емкость.

Как видно из представленной зависимости, конденсатор обладает высокой проводимостью по отношению к высокочастотным сигналам и слабо проводит низкочастотные. Сопротивление емкостного элемента в цепи постоянного тока будет бесконечно большим, что эквивалентно ее разрыву.

Изучив эти свойства, можно рассмотреть, зачем нужен конденсатор и где он используется.

Где применяются конденсаторы?

  • Фильтры – устройства в радиоэлектронных, энергетических, акустических и других системах, предназначенные для пропускания сигналов в определенных диапазонах частот. Например, в обычном зарядном устройстве для мобильного телефона применяются конденсаторы для сглаживания напряжения за счет подавления высокочастотных составляющих.
  • Колебательные контуры электронной аппаратуры. Их работа основана на том, что при включении конденсаторов в совокупности с катушкой индуктивности в цепи возникают периодические напряжения и токи.
  • Формирователи импульсов, таймеры, аналоговые вычислительные устройства. В работе этих систем используется зависимость времени заряда конденсатора от величины емкости.
  • Выпрямители с умножением напряжения, применяемые в том числе в рентгенотехнических установках, лазерах, ускорителях заряженных частиц. Здесь важнейшую роль играет свойство емкостного компонента накапливать энергию, сохранять и отдавать ее.

Конечно, это только самые распространенные устройства, где используются конденсаторы. Без них не обойдется ни одна сложная бытовая, автомобильная, промышленная, телекоммуникационная, силовая электронная аппаратура.

Асинхронные двигатели получили широкое применение в промышленности. Но электрические агрегаты небольшой мощности с успехом могут быть использованы и в быту. Для его функционирования необходимо вращающееся магнитное поле.

Однако однофазные двигатели не будут вращаться без созданного сдвига фаз, который организуется при помощи дополнительной обмотки и фазосдвигающим элементом. В качестве последнего подойдут конденсаторы MAL2118 .

Конденсатор можно подключить различными методами. Существует три различные схемы:

  • пусковая;
  • рабочая;
  • смешанная.

Стоит отметить, что наиболее распространённой схемой является первая (пусковая). Её отличительная особенность заключается в том, что конденсатор включается в сеть двигателя только на момент его старта.

Затем электрический агрегат самостоятельно поддерживает своё вращение. Подобная схема включения позволяет не только экономить средства на установке комплектации (провода меньшего сечения), но и экономить на электроэнергии.

Не нужно забывать о том, что существует весьма вероятная угроза перегрева, которая в большинстве случаев зависит от местности в которой используется двигатель. В качестве защиты рекомендуется установить термореле.


Означенная схема выгодна в первую очередь тем, что позволяет исправлять искажения магнитного поля, тем самым сокращая потери на вихревые токи и повышая коэффициент полезного действия.

Конденсатор остаётся включённым весь период работы двигателя. Однако и в этом методе есть ложка дёгтя. Включение с рабочим конденсатором значительно ухудшает пусковые характеристики асинхронной машины.

Именно по этой причине инженеры советуют прийти к компромиссу и использовать сразу две схемы, объединённые в одну.

Благодаря использованию сразу двух схем, пусковые характеристики будут средними (вполне приемлемыми с точки зрения использования ресурсов).

Помните! Перед тем, как выполнять включение при помощи конденсатора, необходимо в обязательно порядке при помощи мультиметра оценить работоспособность электрического элемента (даже если он абсолютно новый).

Александр Шенрок наглядно продемонстрирует методы пуска асинхронного двигателя при помощи конденсатора:

Самый простой способ включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть, это с помощью одного фазосдвигающего конденсатора. В качестве такого конденсатора нужно использовать только неполярные конденсаторы, а не полевые (электролитические).

Фазосдвигающий конденсатор.

При подключении трехфазного электродвигателя к трехфазной сети пуск обеспечивается за счет переменного магнитного поля. А при подключении двигателя к однофазной сети достаточный сдвиг магнитного поля не создается, поэтому нужно использовать фазосдвигающий конденсатор.

Емкость фазосдвигающего конденсатора нужно рассчитать так:

  • для соединения «треугольником» : Сф=4800 I/U;
  • для соединения «звездой» : Сф=2800 I/U.

Об этих типах соединения можно подробнее ознакомиться :

В этих формулах: Сф – емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ; I– номинальный ток, А; U– напряжение сети, В.

В этой формуле такие сокращения: P – мощность электродвигателя, обязательно в кВт; cosф – коэффициент мощности; n – КПД двигателя.

Коэффициент мощности или смещения тока к напряжению, а также КПД электродвигателя указывается в паспорте или в табличке (шильдике) на двигателе. Значения эти двух показателей часто бывают одинаковыми и чаще всего равны 0,8-0,9.

Грубо можно определить емкость фазосдвигающего конденсатора так: Сф=70 P. Получается так, что на каждые 100 Вт нужно по 7мкФ емкости конденсатора, но это не точно.

В конечном итоге правильность определения емкости конденсатора покажет работа электродвигателя. Если двигатель не будет запускаться, значит, емкости мало. В случае, когда двигатель при работе сильно нагревается, значит, емкости много.

Рабочий конденсатор.

Найденной по предложенным формулам емкости фазосдвигающего конденсатора достаточно только для пуска трехфазного электродвигателя, не нагруженного. То есть, когда на валу двигателя нет никаких механических передач.

Рассчитанный конденсатор будет обеспечивать работу электродвигателя и когда он выйдет на рабочие обороты, поэтому такой конденсатор еще называется рабочим.


Пусковой конденсатор.

Ранее было сказано, что ненагруженный электродвигатель, то есть небольшой вентилятор, шлифовальный станок можно запустить от одного фазосдвигающего конденсатора. А вот, запустить сверлильный станок, циркулярную пилу, водяной насос уже не получиться запустить от одного конденсатора.

Чтобы запустить нагруженный электродвигатель нужно к имеющемуся фазосдвигающему конденсатору кратковременно добавить емкости. А конкретно, нужно уже к подсоединенному рабочему конденсатору подключить параллельно еще один фазосдвигающий конденсатор. Но только на короткое время на 2 – 3 секунды. Потому что когда электродвигатель наберет высокие обороты, через обмотку, к торой подключены два фазосдвигающих конденсатора, будет протекать завышенный ток. Большой ток нагреет обмотку электродвигателя, и разрушит ее изоляцию.

Подключенный дополнительно и параллельно конденсатор к уже имеющемуся фазосдвигающему (рабочему) конденсатору называется пусковым.

Для слабонагруженных электродвигателей вентиляторов, циркулярных пил, сверлильных станков емкость пускового конденсатора выбирается равной емкости рабочего конденсатора.

Для нагруженных двигателей водяных насосов, циркулярных пил нужно выбирать емкость пускового конденсатора в два раза больше, чем у рабочего.

Очень удобно, для точного подбора нужных емкостей фазосдвигающих конденсаторов (рабочего и пускового) собрать батарею параллельно соединенных конденсаторов. Конденсаторы соединенные вместе нужно взять небольшими емкостями 2, 4, 10, 15 мкФ.

При выборе по напряжению любого конденсатора нужно пользоваться универсальным правилом. Напряжение, на которое конденсатор рассчитан должно быть в 1,5 раз выше того напряжения, куда он будет подключен.

1. Для того чтоб не было просадки напряжения
2. Для устранения помех и пульсаций

Рассмотрим вариант (1):
Из школьного курса физики
1ампер X 1сек = 1 кулон,
1ампер X 1вольт = 1 ватт,
1ампер X 1ом = 1 вольт,
1фарада X 1вольт = 1 кулон.
Таким образом в конденсаторе запасается
1фарад Х 12 вольт = 12 кулон
Существует слух то что для киловаттника хватает 1 фарада (как обычно с потолка)
1000 ватт усилитель это 12 вольт Х 83 Ампер = то есть за 1 секунду 83 кулона
12 \ 83 = за 0,15 секунды разрядится конденсатор (до ноля), если к нему подсоединить усилитель напрямую без аккумулятора.
Но это в идеальном теоретическом расчете на самом деле,
после разряда конденсатора до 9 вольт он уже бесполезен (разряд электролитического конденсатора идет не равномерно, напряжение падает вначале быстро, а затем медленно, очень похоже на АКБ)
и даже если учесть что напряжение может быть 14 вольт все равно теоретически через 0,1 секунды конденсатор перестанет тянуть нагрузку, напряжение упадет ниже 9 вольт (если без АКБ)
НО! У нас происходит постоянная подпитка от аккумулятора (и м.б. генератора)
И конденсатор берет на себя только часть мощности
Какую? Ну если говорить о том что он нужен в любой системе значит 10% точно наверно берет, а если меньше тады *** он нужен?
Ладно 10% это 8 кулон… ну с натяжкой 0,5 секунды он будет реально помогать, а потом, что он есть, что его нет — разницы не будет! (пока громкость не убавишь)
а вдруг на конденсатор еще меньше нагрузка приходится?
Ну пусть 1% (хотя дешевле кабель потолще пробросить чем тратить на конденсатор деньги)
1% это 1 кулон вауу целых 6 секунд будет выполнять функции по энерго подпитке а потом (через 6 секунд громкой музыки) напряжение на усилителе будет таким же как если бы не было конденсатора.

Дык че же тогда получается зачем он этот загадочный конденсатор?

Рассмотрим вариант (2):
А зачем же тогда прожженные аудиофилы ставят конденсаторы?
Ответ прост: хороший конденсатор это оооочень хороший подавитель ВЧ помех (и НЧ конечно) и всякого рода пульсации тока, скачки напряжения при включении вентиляторов, сетевой шум, вот от этого он очень даже спасет.
и когда ваша супер-аудифильская система безукаризненно воспроизводит божественную музыку, вы же нехотите услышать в динамиках, что включился вентилятор двигателя (типа щелчёк), вот для этого и ставят

Аргументы за установку конденсатора выглядят примерно так:
! — у меня фары моргали в такт с музыкой, а теперь после установки конденсатора перестали…
Да так бывает, проблема моргания упирается в плохой аккумулятор и возможно слабый генератор, после установки конденсатора фары моргать не будут они плавно притухнут и так и будут притухшими пока громкость не убавить. Конденсатор в таком режиме долго не проживет, аккумулятор тоже, да и на генератор нагрузка большая.
В таком случае лучше заменить АКБ ведь стоимость конденсатора практически сравнима со стоимостью АКБ.

!: — у меня до установки конденсатора на басах было попёрдывание, а после установки перестало…
Значит усилитель имел поганый блок питания и стоил меньше конденсатора и скорей всего либо проводка либо АКБ не соответствуют нагрузке
Либо то и другое и третье

!: — Я заменил АКБ, поставил 4 конденсатора, а у меня генератор воет как тамбовский волк и фары моргают …
Возможно мощность у системы запредельная, примерно после 1500 Ватт уже можно задумываться о дополнительном специальном генераторе

Возможно будет критика, но все же…

ВЫВОДЫ
1. Учитывая что стоимость хорошего конденсатора сравнима со стоимостью хорошей АКБ, а ток разрядки даже простой АКБ около 300Ампер (3600 Ватт\час),
лучше поставить более емкую и мощную АКБ например оптиму (OPTIMA Batteries) ценою ~6000р. (ток 700-900А) или современный гелевый аккумулятор (как оптима почти) типа «Титан Gel», цена около 4000 (ток 500-600А).
2. Ставить конденсатор обязательно рядом с усилителем, в системе где проложены силовые провода соответствующие мощности, это полный бред, если кондер будет стоять рядом с АКБ или где-нибудь еще (между АКБ и усилителем, да даже если еще где) он будет так же качественно выполнять свою роль.
3. Если кабель питания не соответствует мощности системы, то даже поставив конденсатор рядом с усилителем, на него упадет слишком большая нагрузка, это все равно не решит проблему, это экономически не целесообразно.
4. 1фарад на 1 киловатт тоже соотношение совершенно непонятное, я не могу понять чем будет хуже 0,5 фарад на 1 киловатт или 2 Ф на 1Кв, нет разница конечно будет, но настолько незначительная, что о ней и говорить не надо
(конденсаторы Prology, Mystery, Fusion и т.п. вообще в расчет не берутся т.к. Г-полное

Как работает конденсатор в электродвигателе — Про дизайн и ремонт частного дома

Конденсаторные двигатели — устройство, принцип действия, применение

В этой статье поговорим о конденсаторных двигателях, которые по сути являются обычными асинхронными, отличающимися лишь способом подключения к сети. Затронем тему подбора конденсаторов, разберем причины необходимости точного подбора емкости. Отметим основные формулы, которые помогут в приблизительной оценке требуемой емкости.

Конденсаторным двигателем называется асинхронный двигатель, в цепь статора которого включена дополнительная емкость, с целью создать сдвиг фаз тока в обмотках статора. Зачастую это касается однофазных цепей при использовании трехфазных или двухфазных асинхронных двигателей.

Обмотки статора асинхронного двигателя физически сдвинуты друг относительно друга, и одна из них включается непосредственно в сеть, в то время как вторая, либо вторая и третья подключаются к сети через конденсатор. Емкость конденсатора подбирается так, чтобы сдвиг фаз токов между обмотками получился бы равным или хотя бы близким к 90°, тогда ротору будет обеспечен максимальный вращающий момент.

При этом модули магнитной индукции обмоток должны получиться одинаковыми, чтобы магнитные поля обмоток статора оказались бы сдвинуты относительно друг друга так, чтобы суммарное поле вращалось по кругу, а не по эллипсу, увлекая за собой ротор с наибольшей эффективностью.

Очевидно, ток и его фаза в подключенной через конденсатор обмотке связаны как с емкостью конденсатора, так и с эффективным импедансом обмотки, который в свою очередь зависит от скорости вращения ротора.

При старте двигателя импеданс обмотки определяется лишь ее индуктивностью и активным сопротивлением, поэтому он относительно мал в момент пуска, и здесь нужен конденсатор большей емкости для обеспечения оптимального пуска.

Когда же ротор разгонится до номинальных оборотов, магнитное поле ротора станет индуцировать в обмотках статора ЭДС, которая будет направлена против питающего обмотку напряжения — эффективное сопротивление обмотки теперь растет, и требуемая емкость снижается.

При оптимально подобранной емкости в каждом режиме (пусковой режим, рабочий режим) магнитное поле будет круговым, и здесь имеет значение как скорость вращения ротора, так и напряжение, и число витков обмотки, и подключенная в текущий момент емкость. Если оптимальное значение какого-нибудь параметра нарушено, поле становится эллиптическим, характеристики двигателя соответственно падают.

Для двигателей разного назначения схемы подключения емкостей разные. Когда требуется значительный пусковой момент, применяют конденсатор большей емкости, чтобы обеспечить оптимальные ток и фазу именно в момент пуска. Если пусковой момент не особо важен, то внимание уделяют только созданию оптимальных условий рабочего режима, при номинальной скорости вращения, и емкости подбирается для номинальных оборотов.

Довольно часто для качественного пуска применяют пусковой конденсатор, который на время запуска подключается параллельно рабочему конденсатору относительно малой емкости, чтобы вращающееся магнитное поле и при пуске было круговым, затем пусковой конденсатор отключают, и двигатель продолжает работу только с рабочим конденсатором. В особых случаях прибегают к набору конденсаторов с возможностью переключения для разных нагрузок.

Если пусковой конденсатор случайно не будет отключен после выхода двигателя на номинальные обороты, сдвиг фаз в обмотках уменьшится, не будет уже оптимальным, и магнитное поле статора станет эллиптическим, что ухудшит рабочие характеристики двигателя. Крайне важно правильно подобрать пусковую и рабочую емкости, чтобы двигатель работал эффективно.

На рисунке показаны типичные схемы включения конденсаторных двигателей, применяемые на практике. Например рассмотрим двухфазный двигатель с короткозамкнутым ротором, статор которого имеет две обмотки для питания в двух фазах А и В.

В цепь дополнительной фазы статора включен конденсатор С, поэтому токи IA и IВ текут в обеих обмотках статора в двух фазах. Наличием емкости добиваются фазового сдвига токов IA и IВ в 90°.

Векторная диаграмма показывает, что суммарный ток сети образован геометрической суммой токов обеих фаз IA и IВ. Подбором емкости С добиваются такого сочетания с индуктивностями обмоток, чтобы фазовый сдвиг токов получился именно 90°.

Ток IA запаздывает относительно приложенного сетевого напряжения UА на угол φА, а ток IВ — на угол φВ относительно напряжения UB, приложенного к зажимам второй обмотки в текущий момент. Угол между напряжением сети и напряжением, приложенным ко второй обмотке составляет 90°. Напряжение на конденсаторе UС образует угол 90° с током IВ.

По диаграмме видно, что полная компенсация фазового сдвига при φ = 0 достигается тогда, когда реактивная мощность потребляемая двигателем из сети равна реактивной мощности конденсатора С. Рядом на рисунке показаны типичные схемы включения трехфазных двигателей с конденсаторами в цепях обмоток статоров.

Промышленностью сегодня выпускаются конденсаторные двигатели на базе двухфазных. Трехфазные легко модифицируются вручную для питания от однофазной сети. Встречаются и мелкосерийные трехфазные модификации, уже оптимизированные при помощи конденсатора под однофазную сеть.

Часто такие решения можно встретить в бытовых приборах, таких как посудомоечные машины и комнатные вентиляторы. Промышленные циркуляционные насосы, воздуходувки и дымососы также часто используют в своей работе конденсаторные двигатели. Если требуется включить трехфазный двигатель в однофазную сеть — применяют фазосдвигающий конденсатор, то есть опять же переделывают двигатель в конденсаторный.

Для приблизительного расчета емкости конденсатора применяют известные формулы, в которые достаточно подставить напряжение питания и рабочий ток двигателя, и легко вычислить необходимую емкость для соединения обмоток звездой или треугольником.

Для нахождения рабочего тока двигателя достаточно прочитать данные на его шильдике (мощность, кпд, косинус фи), и так же подставить в формулу. В качестве пускового конденсатора принято устанавливать конденсатор в два раза большей емкости, чем рабочий.

К преимуществам конденсаторных двигателей, по сути — асинхронных, относится главным образом одно — возможность включить трехфазный двигатель в однофазную сеть. Из недостатков — необходимость оптимальной емкости под конкретную нагрузку, и недопустимость питания от инверторов с модифицированной синусоидой.

Надеемся, что эта статья была для вас полезной, и теперь вы понимаете, для чего асинхронным двигателям конденсаторы, и как подбирать их емкость.

Как подключить электродвигатель через конденсатор: все способы включения

Чтобы подключить трехфазный двигатель к однофазной сети используют конденсаторы для запуска электродвигателей. Они могут быть разной модификации, поэтому вопрос о том, как их правильно рассчитать и на что обращать внимание при выборе, совсем не праздный. Перед тем как ответить на вопрос, какой конденсатор необходим, стоит вспомнить, что же это вообще такое?

Устройство и принцип работы

Устройство конденсатора и его изображение на схемах

Конденсатор использует свойство проводников заряжаться, находясь на близком расстоянии друг от друга. Это называется поляризацией. Но чтобы этот заряд можно было снять, используют две пластины, одна напротив другой, с диэлектриком между ними. Если их разъединить, заряд снять не удастся.

Современные технологии позволяют выпускать емкостные приборы всевозможных моделей и назначений. Это и приборы, работающие только в цепях постоянного тока, и для запуска электродвигателей, и выравнивающие модели. Все, что остается конечному потребителю – выбрать подходящий, произвести расчет параметров и поставить в электрическую схему.

Практическое применение

Электродвигатели делятся на две большие категории: постоянного и переменного тока. Каждая категория, в свою очередь, тоже имеет свои деления. Как пример, электромашины переменного тока: однофазные и трехфазные, синхронные и асинхронные, с фазным ротором и короткозамкнутые. Многие из этих моделей можно подключать к сети различным образом, отличающимся от паспортных данных.

Во многих случаях используют фазосдвигающий конденсатор, который позволяет произвести пуск двигателя в однофазной сети 220в. Чтобы рассчитать его значения, необходимо учитывать некоторые параметры, а именно: какой тип электродвигателя используется, его мощность, потребляемый ток. Однофазная сеть в нашей местности преимущественно 220 вольт, поэтому расчет емкостей тоже будет описан именно для этого напряжения.

Существует большой выбор типов этих накопительных приборов. Очень хорошо, если кроме расчета параметров, учитывается также этот момент.

Самый удачный вариант – бумажный, типа МБГЧ. Его цена, в зависимости от емкости, будет несколько варьироваться, однако всегда можно найти элементы б/у. В некоторых случаях допустимо использовать приборы постоянного тока, однако стоит знать о некоторых особенностях их использования.

Трехфазная сеть

Трехфазные двигатели

Схема включения трехфазных электродвигателей по звезде

Основные схемы включения трехфазных электродвигателей: звезда и треугольник. Для их работы предпочтительнее будет «треугольник». Формула расчета: Сраб.=k*Iф / U сети. Теперь немного подробнее.

  • Iф – значение тока, которое потребляет электродвигатель в номинальном режиме. Проще всего посмотреть на нем самом. Иногда, если есть возможность, измерить клещами.
  • Uсети – с этим все понятно. Это напряжение питания – 220 вольт.
  • K – специальный коэффициент. Для треугольника он равен 4800, а для звезды – 2800. Он просто подставляется к формуле расчета.

В некоторых случаях, а именно когда пусковые характеристики достигают значительных величин (пуск двигателя под нагрузкой), необходимо использовать дополнительные, пусковые, конденсаторы для запуска электродвигателя. Их параметры считают так: берут рабочий элемент и умножают его значения на 2,5…3. Также рабочее напряжение этой запчасти должно быть минимум в 1,5 раза выше сетевого.

Стоит отметить, что при включении трехфазного двигателя к 220в происходит потеря мощности до 30% и с этим ничего не сделать.

Однофазные двигатели

Также существует большая группа асинхронных машин, изначально рассчитанных на работу в однофазной сети. Их, как правило, подключают на 220 вольт, но это не значит, что все так гладко. Хотя они, в отличие от трехфазников, момент не теряют, однако момент пусковой у них достаточно низок, а значит конденсаторы необходимы и для этих двигателей.

На поверку, это двухфазные электродвигатели: у них две обмотки, смещенные на 90 градусов друг относительно друга. И если подать 220в с таким же смещением, то никакой фазосдвигатель для запуска не нужен!

Но такого не происходит и поэтому для его запуска на 220 нужен пусковой элемент

Один конденсатор рабочий, для постоянного подключения, другой – пусковой. Он отключается после разгона электродвигателя до расчетных значений и больше схеме 220 вольт не нужен. В качестве приборов запуска на 220в применяются только в приводах до 1 кВт. Дело в том, что при более высоких мощностях цена на необходимые фазосдвигатели настолько высока, что их применение экономически невыгодно.

Что касается расчета основной емкости, то можно пользоваться такой зависимостью: на каждые 100 ватт берется 1 мкФ. Дальше – дело арифметики уровня второго класса. Значение пускового прибора – в 2…2,5 раза выше.

Обратите внимание! Это не значение отдельного конденсатора, а общей емкости Сраб+Спуск.!

Для 220 вольт необходимо брать элементы запуска с напряжением хотя бы на 450 вольт, так как на них напряжение отличается от сетевого 220в!

Другие виды двигателей

Какой конденсатор необходим для запуска двигателя постоянного тока? Такие двигатели в емкостных элементах для этой цели не нуждаются. Их ставят на щеточный механизм для того, чтобы устранить искрение и помехи в сеть. Работают же такие электрические машины несколько по иному принципу.

Электролитические емкости

Схема электролитического катализатора

В некоторых маломощных двигателях для их запуска в работу используют электролитические конденсаторы. Иногда некоторые неопытные электрики, увидев такое устройство у соседа, сталкиваются с проблемой: нагрев и взрыв элемента. В чем же дело, какой вариант необходим?

Электролитические конденсаторы – приборы постоянного напряжения. Для использования их в качестве фазосдвигающих элементов необходимо выполнить подключение по специальной схеме.

При параллельном соединении емкость суммируется, при последовательном – вычитается. Однако для кратковременного включения на 220в такие элементы использовать допускается.

Конденсаторы, несмотря на кажущуюся простоту, требуют тщательного подбора. При включении двигателя к 220 вольтам нужно все внимательно посчитать, выбрать нужные элементы и тогда проблем не возникнет.

Конденсатор для пуска электродвигателя

Если требуется присоединить трехфазный электродвигатель к обычной электросети, то потребуется создать электросхему для сдвига фаз. Основой такой схемы может служить конденсатор. Применяется он и для однофазного двигателя с целью облегчения его пуска.

Что такое конденсатор

Это устройство для накопления электрического заряда. Он состоит из пары проводящих пластин, находящихся на малом отстоянии друг от друга и разделенных слоем изолирующего материала.

Широко распространены следующие виды накопителей электрического заряда:

  • Полярные. Работают в цепях с постоянным напряжением, подключаются в соответствии с указанной на них полярностью.
  • Неполярные. Работают в цепях с переменным напряжение, подключать можно как угодно
  • Электролитические. Пластины представляют собой тонкие оксидные пленки на листе фольги.

Электролитические лучше других подходят на роль конденсатора для пуска электродвигателя.

Описание разновидностей конденсаторов

Различным типам электродвигателей соответствуют подходящие им по своим характеристикам накопители.

Так, для низкочастотных высоковольтных (50 герц, 220-600 вольт) двигателей хорошо подходит электролитический конденсатор. Такие устройства обладают высокой емкостью, доходящей до 100 тысяч микрофарад. Нужно внимательно следить за соблюдением полярности, в противном случае из-за перегрева пластин возможно возгорание.

Неполярные накопители не имеют таких ограничений, но стоят они с несколько раз дороже.

Различные виды конденсаторов

Кроме перечисленных выше, производятся также вакуумные, газовые, жидкостные устройства, но как пусковой или рабочий конденсатор в схеме подключения электромотора, они не применяются.

Выбор емкости

С целью максимизации эффективности электродвигателя нужно рассчитать ряд параметров электроцепи, и прежде всего емкость.

Для рабочего конденсатора

Существуют сложные и точные методы расчета, однако в домашних условиях вполне достаточно оценить параметр по приближенной формуле.

На каждые 100 ватт электрической мощности трехфазного электродвигателя должно приходиться 7 микрофарад.

Недопустимо также подавать на фазовую статорную обмотку напряжение, превышающее паспортное.

Для пускового конденсатора

Если электродвигатель должен запускаться при наличии высокой нагрузки на приводном валу, то рабочий конденсатор не справится, и на время запуска потребуется подключать пусковой. После достижения рабочих оборотов, что происходит в среднем за 2-3 секунды, он отключается вручную или устройством автоматики. Доступны специальные кнопки включения электрооборудования, автоматически размыкающие одну из цепей через заданное время задержки.

Недопустимо оставлять пусковой накопитель подключенным в рабочем режиме. Фазовый перекос токов может привести к перегреву и возгоранию двигателя. Определяя емкость пускового прибора, следует принимать ее в 2-3 раза выше, чем у рабочего. При этом при запуске крутящий момент электродвигателя достигает максимального значения, а после преодоления инерции механизма и набора оборотов он снижается до номинального.

Для набора требуемой емкости конденсаторы для запуска электродвигателя подключают в параллель. Емкость при этом суммируется.

Простые способы подключения электродвигателя

Самый простой способ подключения трехфазного электродвигателя к бытовой электросети – применение частотного преобразователя. Потери мощности будут минимальны, но стоит такое устройство зачастую дороже самого двигателя.

Частотный преобразователь станет экономически эффективным лишь при большом объеме использования оборудования.

При другом способе для преобразования питающего напряжения используется обмотка самого асинхронного электродвигателя. Схема получится громоздкая и массивная. Конденсатор для запуска электродвигателя подключают по одной из двух популярных схем

Подключение двигателя по схемам «звезда» и «треугольник»

При реализации подключения этими способами важно свести к минимуму потери по мощности.

Схема подключения «треугольник»

Схема достаточно простая, для облегчения понимания обозначим контакты мотора символами A — ноль, B — рабочий и C — фазовый

Сетевой шнур подсоединяется коричневым проводником к контакту A, туда же следует подсоединить один из выводов конденсатора. К контакту И подсоединяется второй вывод прибора, а синий проводник сетевого шнура — к контакту С.

В случае небольшой мощности электромотора, не превышающей 1,5 киловатта, допустимо подключать только один конденсатор, пусковой при этом не нужен.

Если же мощность выше и нагрузка на валу значительная, то используют два параллельно соединенных прибора.

Схема подключения «звезда»

В случае если на клеммнике электродвигателя 6 выводов — следует их прозвонить по отдельности и определить, какие выводы связаны друг с другом. В паспорте мотора нужно найти назначение выводов. После этого схема переподключается, формируя привычный «треугольник».

С этой целью снимаются перемычки и контактам присваивают условные обозначения от A до F. Далее последовательно соединяются контакты: A и D, B и E, C и F.

Теперь контакты D, E и F станут соответственно нулевым, рабочим и фазовым проводом. Конденсатор присоединяют к ним точно так же, как в предыдущем случае.

При первом включении нужно внимательно следит за тем, чтобы обмотки не перегревались. В этом случае следует немедленно отключить устройство и определить причину перегрева.

Рабочее напряжение

После емкости напряжение является важнейшим параметром. Если взять слишком большой запас по напряжению — сильно вырастут габариты, вес и цена всего устройства. Еще хуже – взять устройства, которым не хватает рабочего напряжения. Такое использование приведет к их быстрому износу, выходу из строя, пробою. При этом возможно возгорание или даже взрыв.

Оптимальный запас по напряжению — 15-20%.

Важно! Для конденсаторов с диэлектриком из бумаги в цепях с переменным напряжением номинальное напряжение, указанное для постоянного тока, нужно поделить на 3.

Если указано 600 вольт, то в цепях переменного тока безопасно применять такие конденсаторы можно до 300 вольт.

Использование электролитических конденсаторов

Конденсаторы с диэлектриком из бумаги отличаются малой удельной емкостью и значительными габаритами. Для двигателя даже не самой большой мощности они будут занимать много места. Теоретически их можно заменить электролитическими, обладающими в несколько раз более высокой удельной емкостью.

Разновидности устройства электролитического конденсатора

Для этого электрическую схему придется дополнить несколькими элементами: диодами и резисторами. Такой вариант неплох для эпизодически работающего двигателя. Если же планируются продолжительные нагрузки, то от экономии места и веса лучше отказаться — при случайном выходе диода из строя он начнет пропускать на накопитель переменный ток, что приведет к его пробою и взрыву.

Выходом могут служить полипропиленовые конденсаторы с металлическим напылением серии СВВ, разработанные для использования в качестве пусковых.

Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя

Для вычисления емкости основного конденсатора применяют формулу:

  • k- коэффициент, принимаемый за 4800 при схеме «треугольник» и 2800 при схеме «звезда»;
  • Iφ-ток статора, его берут из паспорта или таблички на корпусе;
  • U- напряжение сети.

Результат получается в микрофарадах. Вместо точной формулы можно применять правило: на каждые 100 ватт мощности — 7 микрофарад емкости.

Если при старте двигателю приходится преодолевать большой момент инерции подключенного к валу оборудования, то в помощь основному на время запуска и набора номинальных оборотов подключают пусковой конденсатор.

Емкость пускового накопителя принимают в 2-3 раза больше основного.

Подключение трехфазного электродвигателя к сети

После выхода на режим его обязательно отключают — вручную или с помощью автоматики. Если на рассчитанную емкость нет точно подходящего по номиналу прибора, конденсаторы можно подключать параллельно.

Как подобрать пусковой конденсатор для однофазного электромотора

До использования в пусковой цепи конденсатор проверяют тестером на исправность. При подборе рабочего конденсатора можно применять такое же приближенное правило а-7 микрофарад на 100 ватт номинальной электрической мощности. Емкость пускового также берется в 2-3 раза выше.

При подборе конденсатора на 220 вольт следует выбирать модели с номиналом не менее 400. Это объясняется переходными электромагнитными процессами при запуске, дающими кратковременные пусковые броски напряжения до 350-550 вольт.

Однофазные асинхронные электромоторы часто применяются в домашних электроприборах и электроинструменте. Для пуска таких устройств, особенно под нагрузкой, требуется пусковая обмотка и сдвиг фазы. Для этого используется конденсатор, подключаемый по одной из известных схем.

Конструкция асинхронного однофазного электродвигателя

Если запуск осуществляется с преодолением большого момента инерции, подсоединяют пусковой конденсатор.

Почему однофазный электродвигатель запускают через конденсатор

Статор электродвигателя с единственной обмоткой при пропускании переменного тока не сможет начать вращение, а лишь начнет подрагивать. Чтобы начать вращение, перпендикулярно основной обмотке размещают пусковую. В цепь этой обмотки включают компонент для сдвига фазы, такой, как конденсатор. Электромагнитные поля этих двух обмоток, прикладываемые к ротору со сдвигом по фазе, и обеспечат начало вращения.

В трехфазном двигателе обмотки и так размещены под углами 120 ° . Соответственно сориентированы и наводимые ими в роторе электромагнитные поля. Для начала вращения достаточно обеспечить сдвиг их работы по фазе, чтобы обеспечить пусковой момент вращения.

Как выбрать конденсатор для электродвигателя

Что делать, если требуется подключить двигатель к источнику, рассчитанному на другой тип напряжения (например, трехфазный двигатель к однофазной сети)? Такая необходимость может возникнуть, в частности, если нужно подключить двигатель к какому-либо оборудованию (сверлильному или наждачному станку и пр.). В этом случае используются конденсаторы, которые, однако, могут быть разного типа. Соответственно, надо иметь представление о том, какой емкости нужен конденсатор для электродвигателя, и как ее правильно рассчитать.

Что такое конденсатор

Конденсатор состоит из двух пластин, расположенных друг напротив друга. Между ними помещается диэлектрик. Его задача – снимать поляризацию, т.е. заряд близкорасположенных проводников.

Существует три вида конденсаторов:

  • Полярные. Не рекомендуется использовать их в системах, подключенных к сети переменного тока, т.к. вследствие разрушения слоя диэлектрика происходит нагрев аппарата, вызывающий короткое замыкание.
  • Неполярные. Работают в любом включении, т.к. их обкладки одинаково взаимодействуют с диэлектриком и с источником.
  • Электролитические (оксидные). В роли электродов выступает тонкая оксидная пленка. Считаются идеальным вариантом для электродвигателей с низкой частотой, т.к. имеют максимально возможную емкость (до 100000 мкФ).

Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя

Задаваясь вопросом: как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя, нужно принять во внимание ряд параметров.

Чтобы подобрать емкость для рабочего конденсатора, необходимо применить следующую расчетную формулу: Сраб.=k*Iф / U сети, где:

  • k – специальный коэффициент, равный 4800 для подключения «треугольник» и 2800 для «звезды»;
  • Iф – номинальное значение тока статора, это значение обычно указывается на самом электродвигателе, если же оно затерто или неразборчиво, то его измеряют специальными клещами;
  • U сети – напряжение питания сети, т.е. 220 вольт.

Таким образом вы рассчитаете емкость рабочего конденсатора в мкФ.

Еще один вариант расчета – принять во внимание значение мощности двигателя. 100 Ватт мощности соответствуют примерно 7 мкФ емкости конденсатора. Осуществляя расчеты, не забывайте следить за значением тока, поступающего на фазную обмотку статора. Он не должен иметь большего значения, чем номинальный показатель.

В случае, когда пуск двигателя производится под нагрузкой, т.е. его пусковые характеристики достигают максимальных величин, к рабочему конденсатору добавляется пусковой. Его особенность заключается в том, что он работает примерно в течение трех секунд в период пуска агрегата и отключается, когда ротор выходит на уровень номинальной частоты вращения. Рабочее напряжение пускового конденсатора должно быть в полтора раза выше сетевого, а его емкость – в 2,5-3 раза больше рабочего конденсатора. Чтобы создать необходимую емкость, вы можете подключить конденсаторы как последовательно, так и параллельно.

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя

Асинхронные двигатели, рассчитанные на работу в однофазной сети, обычно подключаются на 220 вольт. Однако если в трехфазном двигателе момент подключения задается конструктивно (расположение обмоток, смещение фаз трехфазной сети), то в однофазном необходимо создать вращательный момент смещения ротора, для чего при запуске применяется дополнительная пусковая обмотка. Смещение ее фазы тока осуществляется при помощи конденсатора.

Итак, как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя?

Чаще всего значение общей емкости Сраб+Спуск (не отдельного конденсатора) таково: 1 мкФ на каждые 100 ватт.

Есть несколько режимов работы двигателей подобного типа:

  • Пусковой конденсатор + дополнительная обмотка (подключаются на время запуска). Емкость конденсатора: 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя.
  • Рабочий конденсатор (емкость 23-35 мкФ) + дополнительная обмотка, которая находится в подключенном состоянии в течение всего времени работы.
  • Рабочий конденсатор + пусковой конденсатор (подключены параллельно).

Если вы размышляете: как подобрать конденсатор к электродвигателю 220в, стоит исходить из пропорций, приведенных выше. Тем не менее, нужно обязательно проследить за работой и нагревом двигателя после его подключения. Например, при заметном нагревании агрегата в режиме с рабочим конденсатором, следует уменьшить емкость последнего. В целом, рекомендуется выбирать конденсаторы с рабочим напряжением от 450 В.

Как выбрать конденсатор для электродвигателя – вопрос непростой. Для обеспечения эффективной работы агрегата нужно чрезвычайно внимательно рассчитать все параметры и исходить из конкретных условий его работы и нагрузки.

голоса

Рейтинг статьи

Чем отличаются дорогие миксеры от дешевых | Комбайны, блендеры, миксеры | Блог

Больше сотни лет назад в США компания KitchenAid сильно упростила процесс смешивания продуктов, выпустив первый серийный миксер. Это устройство с высокой скоростью замешивало тесто и взбивало яйца. Современные миксеры сильно отличаются от их прародителей — тяжелых промышленных устройств, занимающих много места.

Даже большой стационарный миксер сегодня — не роскошь, а незаменимый помощник в смешивании продуктов. На рынке представлен широкий выбор таких устройств, причем порой очень сложно увидеть разницу между ними. Миксеры бывают совершенно одинаковые по мощности и комплектации, но при этом одна модель может стоить в два раза дороже. Разберем, почему так происходит и чем отличаются дорогие модели от бюджетных. 

Типы миксеров

Выбор миксера сто́ит начать с определения необходимого типа устройства — ручной или стационарный. Ручные варианты дешевле по цене, не занимают много места на кухне, их можно быстро достать и убрать в шкаф. Такой миксер может работать с любой емкостью и его еще называют погружным (не путать с блендером). Ручной миксер подходит для небольших кухонь и часто не обладает высокой мощностью, так что не подойдет для серьезных объемов.

 В каталоге можно найти и варианты, где ручной миксер при необходимости преобразуется в стационарный. 

Стационарные миксеры дороже, займут много места на столе или в шкафу, но при этом они обладают большой мощностью. В конструкцию уже включен ковш, который может быть вместимостью до шести литров. Некоторые модели таких миксеров больше напоминают промышленные варианты и могут весить свыше 10 кг и даже комплектоваться присосками для устойчивости. Поэтому стационарному варианту выделяют свое место на столе и редко переносят. Такой миксер не нужно постоянно держать в руке — лишь добавить все ингредиенты в ковш и выбрать скорость вращения. 

Планетарные миксеры и стационарные не являются принципиально разными видами устройств.

Отличие только в механике движения насадок. Технология работы у планетарных миксеров позволяет более тщательно смешивать продукты благодаря одновременному разнонаправленному вращению насадок. Такие миксеры занимают самый дорогой сегмент рынка. 

Назначение миксеров — смешивать продукты и по этой функции не стоит их путать с блендерами, которые нужны для измельчения и также бывают ручными и стационарными. А вот кухонными комбайнами уже может называться устройство, которое совмещает функции блендера, миксера и даже соковыжималки. 

Насадки

При выборе миксера сто́ит понимать, для чего будет использоваться каждая из насадок и выдержит ли она ежедневную нагрузку. В ручных миксерах они идут парами, в планетарных справляется одна большая. Перечислим варианты насадок и их назначение: 

  • Венчик — основной вариант насадки, который позволяет взбивать яйца, соусы и другие продукты, обогащая смесь воздухом. Благодаря этому процессу готовится воздушная выпечка, взбитые сливки, омлеты, блины и многое другое. 
  • Крюк помогает замешивать густое тесто. 
  • Лопатка предназначена для замешивания песочного теста, фарша, начинок. 

«Если производитель ручного миксера пишет, что в комплекте имеются четыре насадки, то их там две пары. Это не четыре разные насадки». 

Эти три насадки есть в каждом планетарном миксере. Разницу можно найти в качестве самих насадок — в недорогих миксерах они тонкие и с обилием пластика, что отрицательно сказывается на их надежности и долговечности. 

В миксере Electrolux EKM5570 помимо стандартных насадок можно заметить еще и лопатку с силиконовой вставкой. Она идеально подходит для кремов и топпингов. Силиконовые углы насадки аккуратно очищают боковые стороны чаши, благодаря чему все ингредиенты попадают в смесь и в процессе перемешивания равномерно распределяются. 

В премиум-сегменте планетарных миксеров встречается возможность подключения мясорубки. Например, в Electrolux EKM4200 она уже идет в комплекте и подсоединяется к верхней части миксера, к самому приводу двигателя. Это решает проблему с покупкой хорошей мясорубки и с хранением еще одного большого устройства в шкафу или на столе. В миксере KitchenAid 5KSM125ECU тоже можно найти разъем для подключения мясорубки, но она приобретается отдельно. Причем в этот миксер можно подсоединить еще и лапшерезку или фирменную соковыжималку. 

У насадок ручных миксеров тоже есть пара особенностей. Например, в Bosch MFQ 4020 Styline венчик имеет необычную форму и благодаря небольшим шарикам на насадке эффективней взбивает муссы и кремы. При этом разбрызгивания продуктов сводится к минимуму. 

Ручные миксеры также могут комплектоваться насадкой с погружным блендером — это позволит измельчать продукты и избавит от необходимости покупать дополнительное устройство. Измельчитель может быть и в виде прозрачной емкости с ножами, к которому миксер подсоединяется сверху.  

Чаша 

Если рассмотреть чаши в бюджетных вариантах стационарных миксеров и дорогих, то можно обнаружить большую разницу в их качестве. Например, бюджетный Philips Viva Collection HR3745/00 из-за своей технологической особенности вращает емкость благодаря ребристому ободку. При его загрязнении полностью вычистить чашу будет очень сложно. Так же как и борозды в пластике, которые со временем появляются на внутренней поверхности емкости, в них забивается грязь. Вместимость у чаши составляет 3 литра. 

Если мы сравним этот миксер с Kitfort KT-1348-2, то увидим, что емкость увеличивается до 7 литров. Чаша полностью выполнена из долговечной нержавеющей стали, которую легко мыть. Миксер также комплектуется специальным пластиковым экраном, благодаря которому содержимое емкости не будет разбрызгиваться по кухне.  

Миксеры марки Smeg могут иметь и крепкую чашу из закаленного стекла. Такой вариант тоже практичен и интересно выглядит. 

Мощность и скоростные режимы 

Основным показателем производительности миксера является мощность. Она измеряется в Ваттах и показывает величину потребляемой мощности электродвигателем. Параметр дает нам представление о том, с какого рода нагрузками справится миксер. Например, если мы возьмем First FA-5262-5 с мощностью 150 Вт, то обнаружим, что его двигатель не способен выдержать замес теста, поэтому производитель даже не включил в комплект насадки-крюки. Миксер DEXP MI-750 с мощностью в 750 Вт справится с густым тестом и не будет ситуации, в которой он замедлит свою постоянную скорость или сгорит от серьезной нагрузки. 

Есть ошибочное мнение, что мощность влияет на скорость вращения насадок миксера, однако это не так. Например, планетарный миксер SMEG SMF13WHEU премиум-класса имеет всего 800 Вт, но при прямом замере времени взбивания яиц проигрывает бюджетному варианту АКСИНЬЯ КС-407 с 1200 Вт. Здесь важно качество электродвигателя и более удачная конструкция привода, которая передает крутящий момент на насадки без потерь. 

Число скоростей миксера имеет не такую важную роль, как рекламируют производители. В дорогом варианте у нас 10 скоростей, а в бюджетном — восемь, что будет достаточно для любых задач. Гораздо важней здесь будет импульсный режим, который требуется для некоторых видов плотных продуктов и кремов — миксер позволит на ходу менять скорость рывками. В АКСИНЬЯ КС-407 такая функция отсутствует. 

Материалы

Самые дорогие стационарные планетарные миксеры делаются из метала. Этому есть одна важная причина — так устройство становится тяжелее, а значит и устойчивее. При работе миксер генерирует вибрации, которые могут вызывать шум и даже выход из строя внутренних компонентов, а тяжелый вес устройства гасит такие колебания. Отчасти это их минус, ведь 11-килограммовое устройство нелегко перемещать и ему требуется постоянное место на кухне. 

Внутри миксер тоже может иметь разные материалы. В недорогих моделях используются пластиковые шестерни для передачи энергии от двигателя на насадки. Если они не обладают хорошей прочностью, то зубчики могут со временем сломаться и тогда миксер перестает работать. В дорогих устройствах внутренние элементы могут быть из метала, что повышает надежность миксера, особенно при столкновении насадки и твердого предмета в чаше.  
К сожалению, производители редко пишут из чего состоят внутренности устройства. 

Гарантия и сборка

Подавляющее большинство миксеров сегодня производится в Китае и имеют гарантийный срок 12 месяцев. Причем если продукт имеет русское наименование, то это вовсе не означает, что он произведен на территории СНГ. Яркий пример миксеры бренда АКСИНЬЯ — производство КНР.

В Китае производятся Electrolux, Bosch, Redmond и даже премиум-модели бренда Smeg. Исключением будет лишь KitchenAid — вся линейка миксеров собирается в США и имеет 5-летний гарантийный срок. 

ДИЛЕММА РАЗМЕРА КОНДЕНСАТОРА

ДИЛЕММА РАЗМЕРА КОНДЕНСАТОРА
ЦЕЛЬ:
Признать важность правильного выбора конденсатора.
ЗАДАЧИ:
Студент сможет:
1) Разберитесь, что такое конденсаторы и как они работают
2) Продемонстрируйте влияние неправильного размера конденсатора на потребление энергии
3) Продемонстрировать умение проверять конденсаторы
УРОК / ИНФОРМАЦИЯ:
Самый простой способ объяснить механику конденсатора — сравнить его с батареей.И накапливают, и выделяют электричество. Конденсаторы заряжаются электричеством, а затем высвобождают накопленную энергию со скоростью шестьдесят раз в секунду в 60-тактной системе переменного тока. Выбор размера имеет решающее значение для эффективности двигателя, так же как определение размера батарей имеет решающее значение для радио. Радиоприемник, для которого требуется батарея 9 В, не будет работать с батареей размером 1,5 В. Таким образом, по мере того, как батарея становится слабее, радио не будет работать должным образом. Двигатель, для которого требуется конденсатор 7,5 мфд, не будет работать с конденсатором 4,0 мфд.Точно так же двигатель не будет работать должным образом со слабым конденсатором. Это не означает, что чем больше, тем лучше, потому что слишком большой конденсатор может вызвать рост потребления энергии. В обоих случаях, будь он слишком большим или слишком маленьким, срок службы двигателя сократится из-за перегрева обмоток двигателя. Производители двигателей тратят много часов на тестирование комбинаций двигателя и конденсатора, чтобы найти наиболее эффективную комбинацию. При замене пусковых конденсаторов допускается максимальное отклонение + 10% от номинального значения микрофарад, но точные рабочие конденсаторы необходимо заменить.Номинальное напряжение всегда должно быть таким же или выше, чем у оригинального конденсатора, будь то пусковой или рабочий конденсатор. Всегда консультируйтесь с производителями, чтобы проверить правильный размер конденсатора для конкретного применения.
Конденсаторы
содержат две изолированные друг от друга металлические пластины (см. Рисунок 1). В открытом состоянии внутренняя часть выглядит как два листа фольги с вощеной бумагой между ними, плотно свернутые, как рулон бумажного полотенца. Много лет назад в маслонаполненном типе печатные платы использовались в качестве охлаждающей жидкости.Сегодня большинство конденсаторов — сухого типа.
Рисунок 1
В электродвигателе используются два основных типа:
1) Рабочие конденсаторы рассчитаны на работу в диапазоне 3-70 мкФ (мфд). Рабочие конденсаторы также классифицируются по напряжению. Классификация напряжения: 370 В и 440 В. Конденсаторы с номиналом выше 70 микрофарад (мфд) являются пусковыми. Рабочие конденсаторы рассчитаны на непрерывный режим работы и находятся под напряжением в течение всего времени работы двигателя.Однофазным электродвигателям требуется конденсатор для питания второй фазной обмотки. Вот почему так важен размер. Если установлен неправильный рабочий конденсатор, у двигателя не будет равномерного магнитного поля. Это вызовет колебания ротора на неровных участках. Это колебание вызовет шум двигателя, увеличит потребление энергии, снизит производительность и приведет к перегреву двигателя.
2) Пусковые конденсаторы размещены в черном пластиковом корпусе и имеют диапазон МДС в отличие от определенного номинала МДС на рабочих конденсаторах.Пусковые конденсаторы (номиналом 70 мкФ или выше) имеют три класса напряжения: 125 В, 250 В и 330 В. Примерами могут служить рабочий конденсатор 35 мфд при 370 В и пусковой конденсатор 88-108 мфд при 250 В. Пусковые конденсаторы увеличивают пусковой момент двигателя и позволяют быстро включать и выключать двигатель. Пусковые конденсаторы предназначены для кратковременного использования. Пусковые конденсаторы остаются под напряжением достаточно долго, чтобы быстро довести двигатель до 3/4 полной скорости, а затем отключаются от цепи.
Реле потенциала также важны.Реле потенциала используются для электронного подключения и отключения пусковых конденсаторов от цепи двигателя (см. Рисунок 2). Каждое реле имеет определенное номинальное напряжение для включения пускового конденсатора последовательно с пусковой обмоткой и определенное напряжение для его отключения из цепи. Каждый рейтинг основан на электромагнитном поле, создаваемом вращением двигателя. Производитель двигателя изучает эффект установки и извлечения конденсатора для увеличения пускового момента с минимальным изгибом обмотки.Потенциальные реле имеют четыре рейтинга; (1) постоянное напряжение катушки, (2) минимальное напряжение срабатывания, (3) максимальное напряжение срабатывания и (4) падение напряжения. Потенциальное реле сложно проверить, и его всегда следует заменять при замене пускового конденсатора. Необходимо переустановить точный размер, предназначенный для этого конкретного двигателя. Потенциальное реле также необходимо заменить, если обнаруживаются разомкнутые контакты.
Рисунок 2
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ:
Продемонстрируйте использование стандартного нагнетателя мощностью 1/2 л.с. от обогревателя в жилых помещениях с помощью следующих упражнений.Во время каждого упражнения ученик должен записывать уровень шума, скорость, температуру и силу тока двигателя.
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ДАННЫХ ДЕЙСТВИЙ СЛЕДУЕТ ПРИНИМАТЬ КРАЙНУЮ ВНИМАНИЕ. СМОТРЕТЬ ЗАМЕТКИ УЧИТЕЛЯ!
(1) Снимите конденсатор и попробуйте запустить двигатель. Обязательно заизолируйте концы проводов. Это имитирует открытый конденсатор.
(2) Запустите двигатель с правильным конденсатором. Заблокируйте переднюю часть воздуходувки, чтобы получить правильную скорость двигателя и потребляемую мощность.
(3) Замкните два провода, которые обычно идут к конденсатору, и изолируйте соединение. Это имитирует закороченный конденсатор.
(4) Замените стандартный конденсатор на тот, который имеет половину номинала МДС.
(5) Замените стандартный конденсатор на конденсатор с удвоенной номинальной мощностью.
ПРИМЕЧАНИЕ:
Перед началом упражнения убедитесь, что создано надлежащее статическое давление, чтобы получить номинальную силу тока пластины двигателя с правильным рабочим конденсатором.
Упражнение 1 Уровень шума Скорость Температура Сила тока




Упражнение 2 Уровень шума Скорость Температура Сила тока




Упражнение 3 Уровень шума Скорость Температура Сила тока




Упражнение № 4 Уровень шума Скорость Температура Сила тока




Упражнение 5 Уровень шума Скорость Температура Сила тока




УЧИТЕЛЯ ЗАПИСИ
Действие на предыдущей странице связано с высоким напряжением.Необходимо использовать средства защиты глаз и соблюдать особую осторожность, чтобы не допустить поражения электрическим током. При неправильном подключении конденсаторы могут взорваться и нанести серьезную травму. Рекомендуется, чтобы инструктор продемонстрировал упражнение, прежде чем разрешить ученику его выполнить. Инструктор также должен проверить работу студента перед тестовым запуском студента.
СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:
Современное охлаждение и кондиционирование воздуха .Goodheart-Willcox Co., Inc. С. Холланд, Иллинойс. 1988.

Комментарии или вопросы: [email protected]

Вернуться в меню HVAC

Рекомендации по входному конденсатору системы двигателя постоянного тока

и схема разряда для семейств MPQ6526 и MPQ6527 | Примечание по применению

Указания по применению

СКАЧАТЬ PDF

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность


ВВЕДЕНИЕ

Для системы управления двигателем, когда скорость двигателя уменьшается, энергия, накопленная в механической системе или другой индуктивной нагрузке, может быть возвращена через привод двигателя на входную шину источника питания постоянного тока.В реальных приложениях необходимо добавить входную емкость, достаточную для поглощения этой энергии.

1. Керамический конденсатор (байпасный конденсатор)

Керамический конденсатор — это конденсатор байпаса питания, который должен быть типа X5R или X7R с номинальным питанием, керамический конденсатор 0,1 мкФ должен быть размещен как можно ближе к устройству, которое подключено от вывода VIN (или VS, VM) к Вывод PGND.

2. Объемный конденсатор

Кроме того, на выводе VIN должен быть установлен конденсатор большой емкости, который необходим для поглощения энергии, протекающей от двигателя или источника питания, и должен иметь размер в соответствии с требованиями приложения

В этом примечании к применению описаны рекомендации по конденсаторам большой емкости и схема разряда для семейств MPQ6526 и MPQ6527.Семейства MPQ6526 и MPQ6527 представляют собой многомостовые выходные драйверы DMOS со встроенными силовыми полевыми МОП-транзисторами, которые поддерживают применение H-мостов для управления двигателями постоянного тока.

ПЕРЕРАБОТАННАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ОТ НАГРУЗКИ ДО ВХОДНОЙ ПАНЕЛИ

Когда скорость двигателя уменьшается или движение останавливается, двигатель работает как генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую, и ему нужен некоторый путь для прохождения тока. Эта энергия будет в основном рассеиваться в виде тепла или возвращаться обратно во входную шину постоянного тока.

1. Замыкание выхода двигателя

Если путь образуется за счет короткого замыкания на выходе двигателя, что приводит к его остановке. В этом случае энергия в основном рассеивается в виде тепла в сопротивлении обмотки двигателя, а также в любом сопротивлении на пути тока, замыкая двигатель.

Рисунок 1: Энергия, рассеиваемая в виде тепла (M3 / M4 вкл.)

Это короткое замыкание обычно возникает при включении полевых МОП-транзисторов нижнего уровня H-моста для обеспечения прохождения тока.

2. Энергия возвращается к источнику питания

Когда система управления хочет быстро уменьшить скорость двигателя, полярность тока, подаваемого на двигатель, меняется на противоположную, чтобы обеспечить крутящий момент, противоположный движению, которое прикладывается путем включения другой диагональной пары Н-образного моста или отключение всех полевых МОП-транзисторов (ток будет течь через диоды корпуса). Когда это сделано, накопленная энергия возвращается через схему драйвера двигателя в источник питания.

Есть два источника энергии, исходящей от двигателя: 1.коммутация тока остаточного индуктора, 2. БЭДС. Для остаточного тока катушки индуктивности — как показано на рисунке 2, возникающего при коммутации от M1 / ​​M4 к M2 / M3 — ток в паразитной катушке индуктивности якоря не рассеивается сразу после выключения M1 / ​​M4. После этого энергия в катушке индуктивности возвращается к входному конденсатору через основные диоды M2 и M3. Обратный ток BEMF возникает в результате переключения скорости двигателя с высокой на низкую: если подаваемое напряжение двигателя падает (через ШИМ или вход), чтобы снизить скорость двигателя, часть BEMF, пропорциональная скорости двигателя, не изменится немедленно, поэтому BEMF больше, чем приложенное напряжение.Реверс энергии может зарядить входной конденсатор и вызвать скачок напряжения.

Рисунок 2: Энергия, обратная к источнику питания

Если бы источником питания была идеальная батарея, то энергия возвращалась бы в батарею и использовалась бы повторно. Однако источником питания обычно является источник питания постоянного тока, особенно с защитным диодом с обратной полярностью, который может только источник тока и не может потреблять ток, единственное место, куда должна идти энергия, — это объемная емкость, которая помещается на Vs. вывод питания.

Количество энергии, запасенной в конденсаторе большой емкости, можно рассчитать с помощью ½ CV2, где C — емкость, а V — напряжение. Напряжение на конденсаторе должно увеличиваться по мере поступления в него энергии. Таким образом, на выводе VIN должен быть установлен конденсатор большой емкости, который необходим для поглощения энергии, исходящей от двигателя или источника питания, и должен иметь размер в соответствии с требованиями приложения.

Если имеется много энергии или недостаточная емкость, напряжение может возрасти до превышения максимального предела напряжения питания (например,грамм. 40 В MPQ6526 и MPQ6527), повреждая микросхему драйвера двигателя или другие схемы, подключенные к тому же источнику питания.

ЦЕПЬ ПУЛЬТЫ ПИТАНИЯ И РАЗРЯДА

Во многих типичных приложениях используется защитный диод с обратной полярностью, такой как D1 на рисунке 3. Но этот метод сопряжен с определенной опасностью. В режиме запрета ИС потребляет только чрезвычайно малый ток IVS, например, максимум 20 мкА. Любые пики напряжения питания постепенно заряжают блокировочный конденсатор. D1 предотвращает разряд конденсатора через источник питания; из-за чрезвычайно малого тока покоя разрядкой через ИС также можно пренебречь.Это означает, что в течение длительных периодов в режиме запрета напряжение питания ИС может непрерывно увеличиваться до тех пор, пока не будет превышен максимальный предел напряжения питания, что приведет к повреждению ИС. Таким образом, семейства MPQ6526 и MPQ6527 имеют схему разряда, которая предотвращает такие нежелательные эффекты. Если VS превышает пороговое значение приблизительно 37 В, блокирующий конденсатор разряжается через встроенный резистор, пока VS снова не упадет ниже порогового значения.

Рисунок 3: Принцип работы разрядной цепи

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВХОДНОМУ КОНДЕНСАТОРУ ДЛЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Обычно рекомендуется использовать электролитический конденсатор большой емкости, подключенный параллельно керамическому конденсатору.Керамический конденсатор 100 нФ, рассчитанный на вывод источника питания, должен быть размещен как можно ближе к устройству. Кроме того, на вывод источника питания должен быть установлен конденсатор большой емкости подходящего размера, рекомендуется электролитический конденсатор> 22 мкФ, что является рекомендуемым значением, но для определения конденсатора большой емкости необходимого размера требуется тестирование на уровне системы.

Номинальное напряжение конденсаторов большой емкости должно быть выше, чем типичное рабочее напряжение, и обеспечивать достаточный запас для случаев, когда рециркулируемая энергия возвращается обратно в источник.

Стоимость необходимого электролитического конденсатора зависит от многих факторов, включая:

  • Внешняя нагрузка
  • Обратный ток.
  • Емкость источника питания относительно источника тока.
  • Величина паразитной индуктивности между источником питания и системой двигателя, которая ограничивает скорость изменения тока от источника питания. Чем больше входная емкость, тем стабильнее напряжение двигателя и тем быстрее может подаваться больший ток.
  • Максимальный предел напряжения питания и допустимые колебания напряжения.
  • Метод торможения двигателем, тормоз короткого замыкания на выходе или тормоз с изменением полярности тока.

Как показано на рисунке 2, рециркулируемая электрическая энергия заряжает входной конденсатор. Если на входной шине постоянного тока недостаточно емкости, возникает всплеск высокого напряжения, который может повредить силовой каскад. Если установить достаточную емкость на входной шине нецелесообразно, можно также использовать схему OVP для разряда энергии и ограничения входного напряжения шины.

ОПИСАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Энергия, рециркулируемая обратно во входной источник питания, вызывает скачок напряжения и потенциальный риск. Необходимо добавить входную емкость, достаточную для поглощения этой энергии. Достаточная объемная входная емкость важна при проектировании системы моторного привода. Выгодно иметь большую объемную емкость, тогда как недостатками являются повышенная стоимость и физические размеры. Это примечание по применению должно помочь вам понять, как энергия может быть возвращена в источник питания и почему нам необходимо использовать достаточный объемный конденсатор.Математические расчеты, необходимые для правильного определения значений компонентов для данной системы, выходят за рамки данной статьи, но более подробная информация, включая расчеты для емкостных компонентов и фиксирующих элементов, представлена ​​в примечании к применению AN132 «Проектирование входного конденсатора и схемы защиты от перенапряжения. ».

_______________________

Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Получить техническую поддержку

Более пристальный взгляд на конденсаторы промежуточного контура в электромобилях

Конденсаторы промежуточного контура

обычно используются в преобразователях мощности в качестве промежуточного буфера между входным источником и выходной нагрузкой, которые имеют разные мгновенные значения мощности, напряжения и частоты.В электромобилях (EV) конденсаторы промежуточного контура помогают компенсировать влияние индуктивности в инверторах, контроллерах двигателей и аккумуляторных системах. Они также служат фильтрами, которые защищают подсистемы электромобилей от скачков напряжения, скачков напряжения и электромагнитных помех (EMI).

Рис. 1. Общие области применения конденсаторов промежуточного контура в системах преобразования энергии (источник: Центр надежной силовой электроники )

Взгляните на бортовое зарядное устройство (OBC) на рис. 2, которое отвечает за зарядку тягового аккумулятора.Внутри OBC находится:

  • Преобразователь переменного тока в постоянный, который преобразует переменный ток (AC) из электрической сети в постоянный (DC) с помощью выпрямления и коррекции коэффициента мощности (PFC)
  • Промежуточная цепь промежуточного звена постоянного тока для буферизации энергии
  • Преобразователь постоянного тока следующей ступени, который регулирует вырабатываемое напряжение постоянного тока для обеспечения правильного уровня постоянного тока в батарее.

Рисунок 2. Упрощенная блок-схема для каскада переменного / постоянного тока OBC

Конденсатор промежуточного контура C , основная часть помещается между выпрямителем и преобразователем постоянного тока в постоянный.Требуемые характеристики конденсатора включают:

  • Высокое напряжение постоянного тока: от 300 В до 500 В
  • Очень большая емкость: от 200 мкФ до 1500 мкФ
  • Диапазон рабочих температур: от -40 ° C до + 250 ° C
  • Низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR): <1,5 мОм
  • Максимальный среднеквадратичный (RMS) допустимый ток
  • Высокая механическая прочность

Для соответствия большим значениям емкости требуется несколько конденсаторов или массив конденсаторов.Мы рекомендуем использовать наши конденсаторы StackiCap 1812-4040 с высокой емкостью 250 В-1,2 кВ, 100 нФ-5,6 мкФ X7R для таких приложений. Конденсатор промежуточного контура также должен выдерживать удвоенную частоту сети. Поэтому общие схемы включают многослойные керамические конденсаторы (MLCC), подключенные параллельно с другими конденсаторными технологиями для достижения этой цели.

Другая подсистема электромобилей, в которой находятся конденсаторы промежуточного контура, — это инвертор в цепях привода двигателя (показан на рисунке 3). Инвертор преобразует мощность постоянного тока от батареи в трехфазную мощность переменного тока для привода тяговых двигателей во время ускорения, а затем преобразует мощность переменного тока обратно в постоянный ток во время торможения.Он также определяет скорость и положение двигателя и приводит в действие силовые каскады биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

Рисунок 3. Упрощенная блок-схема инвертора в цепи драйвера двигателя

В этой подсистеме промежуточный контур или сглаживающий конденсатор C s размещается параллельно между сторонами постоянного тока (аккумулятор) и переменного тока (нагрузка) инвертора напряжения. Характеристики конденсатора очень похожи на предыдущий пример OBC, поэтому рекомендуется тот же StackiCap X7R с высокой среднеквадратичной допустимой токовой нагрузкой.Из-за требований к высокой емкости, малогабаритные MLCC могут использоваться вместе с пленочными и алюминиевыми электролитическими конденсаторами для интеграции ближе к коммутационному устройству IGBT и улучшения затухания высоких частот.

Учитывая большое количество преобразователей и инверторов, используемых в электромобилях, выбор правильного высоковольтного конденсатора с большой емкостью промежуточного контура имеет большое значение для общего успеха системы. Для получения дополнительной информации свяжитесь с нами, чтобы обсудить ваш конкретный вариант использования, или прочитайте нашу техническую документацию «Рекомендации по выбору автомобильных многослойных керамических конденсаторов для электромобилей».

как выбрать конденсаторы для электромобилей

Конденсаторы звена постоянного тока являются важным этапом преобразования энергии для ряда применений, включая инверторы с трехфазной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), ветроэнергетические и фотоэлектрические инверторы, моторные приводы для промышленности, бортовые зарядные устройства и инверторы для автомобилей (рис. 1), источники питания для медицинского оборудования и т. Д. Некоторые из наиболее сложных приложений связаны со строгими экологическими ограничениями, а также с требованиями, связанными с затратами и надежностью.

В случае схемных решений используются различные подходы, но конструкции преобразования энергии обычно включают в себя конденсаторы звена постоянного тока. Конденсаторы звена постоянного тока увеличивают плотность энергии в системе и предлагают решение физической проблемы пульсаций, вызванных быстрым переключением, присущим импульсным преобразованиям мощности. Какие конденсаторы следует выбирать в качестве звеньев постоянного тока и что делает их хорошим выбором?

Рис. 1. Конденсаторы звена постоянного тока являются важнейшими компонентами в конструкции преобразования энергии для ряда инверторных приложений, например для гибридных электрических и электромобилей.По оценкам JP Morgan Chase and Company, к 2025 году объемы продаж автомобилей HEV и электромобилей вырастут примерно до 30% от общего объема продаж автомобилей. (Источник изображения: afdc.energy.gov).

Фактически, автомобильная промышленность предлагает очень хороший пример преобразования мощности в гибридной и электрической трансмиссии. Электромобили с батарейным питанием имеют перезаряжаемый блок батарей, в которых накапливается энергия для системы привода, электродвигателя привода и контроллера мощности, который включает в себя инвертор. Для всего вышеперечисленного требуется высокое напряжение от 48 В постоянного тока до 800 В постоянного тока.Из-за физических ограничений, ограничивающих ток, высокое напряжение влечет за собой высокую производительность. Чем выше рабочее напряжение постоянного тока, тем меньше ток, необходимый для той же выходной мощности (P = VI). Общеизвестно, что автомобильная промышленность требует компонентов, которые будут работать с исключительной надежностью при очень высоких температурах, при постоянной вибрации и в суровых условиях окружающей среды. Трехступенчатый тяговый инвертор преобразует энергию батареи для привода двигателя, при этом конденсатор звена постоянного тока является важнейшим компонентом в этой конструкции.

Электромобили работают иначе, чем игрушечные машинки, поскольку они не используют напрямую энергию, хранящуюся в аккумуляторной батарее. Вместо этого необходимо преобразовать энергию. Типичный трехступенчатый инвертор мощности для гибридного / электрического транспортного средства (HEV / EV) состоит из:

  • Входной каскад от аккумуляторной батареи, который выводит напряжение постоянного тока (стадия I).
  • Конденсатор звена постоянного тока фильтрует и сглаживает напряжение постоянного тока на шинах постоянного тока и начинает преобразование (этап II)
  • Преобразование начинается с высокочастотного переключения (с выходом, очень похожим на выпрямитель на шину), и инвертированная мощность подается на нагрузку, поскольку нагрузка генерирует мгновенные запросы (стадия III)

Почему конденсаторы DC-Link так важны?

Задача конденсатора промежуточного контура — уравновешивать колеблющуюся мгновенную мощность на шинах, возникающую в результате активности на Этапе I и Этапе III.Конденсатор звена постоянного тока сглаживает «пульсацию», создаваемую высокочастотными цепями переключения мощности на этапе III. Общая сумма среднеквадратичных значений переменного и постоянного тока / напряжения, которую конденсатор может выдержать без сбоев, представляет собой пульсирующий ток / напряжение (определенное при определенной частоте и температуре).

Как рассчитывается емкость, необходимая для сглаживания скачков напряжения?

Напряжение и ток на шинах должны быть сбалансированы и сглажены конденсатором звена постоянного тока, расположенным на ступени II (фактически, это включает в себя пики развязки, возникающие в результате переключения).Чтобы определить необходимую минимальную емкость и напряжение пульсации, вы можете использовать следующее уравнение:

где Cmin = требуемая минимальная емкость, Iout = выходной ток, dc = рабочий цикл, fSW = частота переключения, VP (max) = размах пульсаций напряжения.

Расчетные факторы, влияющие на выбор конденсатора промежуточного контура инвертора Конденсаторы промежуточного контура

используются для обеспечения более стабильного напряжения постоянного тока и ограничения колебаний, поскольку инвертор время от времени потребляет большой ток.Благодаря ряду различных технологий, используемых в конденсаторах звена постоянного тока, существует множество доступных версий, например: алюминиевые электролитические, пленочные и керамические конденсаторы. Выбор лучшего решения во многом зависит от приложения.

Первым шагом при выборе конденсатора промежуточного контура является сравнение таких значений номинальной емкости и напряжения, которые удовлетворяют требованиям к энергии, но в то же время помогают избежать высоких пульсаций тока. Пульсации в узлах звена постоянного тока, в основном вызванные невероятно быстрым переключением IGBT или MOSFET в Stage III, влияют на производительность, поскольку все реальные конденсаторы имеют определенное сопротивление (и самоиндукцию).Более того, задача конденсатора промежуточного контура — регулировать напряжение и поглощать пульсации тока.

Пульсация вызывает колебания уровня напряжения в конденсаторе промежуточного контура, поскольку пульсация коммутируемого тока проходит через конденсатор (V = IR). Также необходимо учитывать частоты переключения инвертора, которые должен выдерживать конденсатор промежуточного контура. Например, если частота переключения превышает 1 МГц, пленочные конденсаторы не будут работать правильно.

Требуемое значение постоянного напряжения на рельсах, ожидаемый срок службы приложения, максимальный потенциальный пульсирующий ток и частота, с которыми может столкнуться система, а также то, имеет ли пульсирующий ток постоянную или прерывистую характеристику, — это другие факторы, которые следует учитывать. учитывается при выборе конденсатора промежуточного контура.

Технические данные хороших конденсаторов промежуточного контура должны свидетельствовать о низкой самоиндукции, очень низком ESR (эквивалентное последовательное сопротивление — полное внутреннее сопротивление конденсатора, как указано при данной частоте и температуре) и высокой устойчивости к пульсирующим токам, все при сопоставимых рабочих температурах. и частоты среди сравниваемых компонентов.

Наименьшее возможное эквивалентное последовательное сопротивление минимизирует тепло, которое выделяется в виде рассеиваемой мощности (PDissipated = I2 x ESR).Тем не менее, в случае пленочных конденсаторов звена постоянного тока эквивалентное последовательное сопротивление значительно ниже, но, с другой стороны, оно обеспечивает приемлемое значение CV (емкостное напряжение), которое обычно обеспечивает гораздо лучший отклик на ток пульсаций.

Это означает, что пленочные конденсаторы звена постоянного тока обеспечивают высокий пульсирующий ток и более длительный срок службы, чем электролитические конденсаторы, и в то же время обеспечивают более высокую емкость, чем керамические конденсаторы. Однако фактические требования к номинальному току пульсаций предсказать нелегко.Его значение не фиксировано, так как оно зависит от частоты переключения и гармоник, вызванных входным и выходным каскадами (ступени I и III). Деталь, которая потребляет или истекает соответствующие токи, — это конденсатор промежуточного контура. Другие решения могут отображать более треугольную форму волны тока.

Вообще говоря, после изменений рабочей температуры или приложенной частоты и напряжения номинальные значения емкости также могут измениться. Некоторые другие переменные, которые необходимо учитывать, включают самоиндукцию, которая может значительно снизить импеданс конденсатора на высоких частотах и ​​тем самым повлиять на его ожидаемое поведение.Для любого типа конденсатора применяются шумоподавители, например Подавители Flex от KEMET будут полезны, когда дело доходит до ослабления высокочастотного шума, вызванного внешней средой.

Более того, эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора довольно часто отвечает за ограничения, которые ограничивают номинальный ток пульсаций (т. Е. Ток пульсаций, который может выдерживать конденсатор без перегрева). Чтобы получить необходимое низкое эквивалентное последовательное сопротивление и длительный срок службы при высоком рассеивании, физические размеры пленочного конденсатора настолько велики, что часто оказывается, что конденсатор уже соответствует или даже превышает расчетные пульсации напряжения или время удержания. .

В конце концов, в случае любой конструкции с высокой мощностью необходимо учитывать, обеспечивается ли (и какой тип) надлежащее охлаждение. Профиль температуры окружающей среды является одним из критических факторов при выборе лучшего конденсатора промежуточного контура.

Конденсаторы для сложных конструкций инверторов

В настоящее время на рынке доступно несколько типов конденсаторов, но не все из них могут быть встроены в высоковольтные инверторы. Фактически, выбор подходящих многослойных керамических конденсаторов с требуемым номинальным напряжением и температурой весьма ограничен.Электролитические конденсаторы могут быть вполне разумным выбором для приложения DC-Link, но не все электролитические конденсаторы подходят для этой цели. В прошлом обычные пленочные конденсаторы были ограничены более низкими рабочими температурами, но в их случае технология развивалась намного быстрее, чем электролитическая технология.

Самые последние пленочные конденсаторы, например Модель C4AE от KEMET гораздо лучше своих предшественников отвечает на потребности, связанные с дизайном. Металлизированные пленочные конденсаторы занимают меньше места, чем электролитические, при сохранении аналогичной функциональности.Хотя использование большого электролитического конденсатора действительно может привести к достижению стабильности напряжения, такие большие компоненты будут в то же время, например, уменьшать плотность мощности автомобильного инвертора. Размер и вес компонентов определенно влияют на общую эффективность и стоимость автомобиля.

Пленочные конденсаторы

также имеют более длительный срок службы, чем электролитические, в основном благодаря тому факту, что в случае первого типа металлические слои осаждаются из паровой фазы на подложку.Внутреннее короткое замыкание может быть самокорректировано благодаря высоким уровням энергии, нанесенным между ультратонкими слоями алюминия, а незначительные неисправности просто испаряются в течение микросекунд, без заметного прерывания работы.

Так как они могут выдерживать быстрые перенапряжения и переходные процессы, пленочные конденсаторы также идеально подходят для импульсных приложений высокого напряжения и связанных с этим проблем безопасности. Пленочные конденсаторы не поляризованы, они могут обеспечить более длительный срок службы (который может быть еще более продлен за счет снижения номинальных характеристик), большую допустимую нагрузку по току, надежную работу в более широком диапазоне температур и более высокую механическую эффективность по сравнению с электролитическими конденсаторами.К другим их преимуществам можно отнести широкий выбор способов крепления. Более того, прочные пленочные конденсаторы доступны при уровне напряжения на шине, превышающем 500 В постоянного тока, что очень важно в случае применения в гибридных / электрических транспортных средствах.

Прекрасным примером пленочного конденсатора, который подходит для гибридных автомобилей и электромобилей, является пленочный конденсатор C4AQ от KEMET, который соответствует стандарту AEC-Q200 для приложений HEV / EV и предлагает некоторые важные качества, которые будут хорошо работать в архитектурах DC-Link. Как мы уже читали, конденсаторы C4AQ от KEMET обладают всеми преимуществами пленочных конденсаторов.

В качестве альтернативы доступны силовые пленочные конденсаторы KEMET C4AE, аналогичные C4AQ, однако они не предназначены для использования в автомобилях. Другие решения, которые подходят для неавтомобильных приложений звена постоянного тока, включают керамические конденсаторы CKC KC-LINK, а также пленочные конденсаторы C44U и C4DE.

Для обеспечения успешной работы инверторов большой мощности мониторинг может оказаться очень важным. Следует отметить, что серия сильноточных датчиков KEMET CT позволяет в реальном времени измерять ток в проводе под напряжением.

Как видите, выбор лучшего конденсатора DC-Link для вашего приложения — довольно сложная, но очень важная задача. KEMET вместе с TME предлагает продукты и персонал, необходимые для облегчения этого процесса.

Первоисточник текста можно найти здесь.

Что происходит, когда рабочий конденсатор выходит из строя?

Хотя пусковые конденсаторы являются неотъемлемой частью систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, рабочие конденсаторы обычно выходят из строя первыми. Эти уникальные электрические компоненты используются повсюду, от холодильников и микроволновых печей до печей, и являются частью, для замены которой часто вызывают технических специалистов.В этом руководстве мы подробнее рассмотрим рабочие конденсаторы и обсудим, как определить, выходит ли он из строя.

Важность рабочего конденсатора

В нашем руководстве по конденсаторам переменного тока мы обсудили различия между пусковым и рабочим конденсаторами. Оба они используются в двигателях HVAC, но рабочие конденсаторы «работают» постоянно, пока работает двигатель вентилятора или компрессора.

Для сравнения, пусковой конденсатор просто дает двигателю импульс для запуска перед отключением.Рабочие конденсаторы предназначены для удержания заряда, который обеспечивает бесперебойную работу двигателей во время работы.

Они также накапливают энергию для использования во время работы двигателя. Это позволяет крышке подготовиться к следующему циклу нагрева или охлаждения, и почему важно разрядить конденсаторы, прежде чем пытаться их заменить.

Что происходит, когда рабочий конденсатор выходит из строя?

Учитывая тот факт, что рабочие конденсаторы рассчитаны на непрерывную работу при выходе из строя одного из них, это может оказать значительное влияние на вашу систему.Также сложнее диагностировать, поскольку кондиционер или печь будут продолжать работать, что может скрыть неисправный рабочий конденсатор.

Если рабочий конденсатор выходит из строя, двигатель все равно будет работать, но могут возникать скачки напряжения. Он может перегреться, что приведет к преждевременной поломке деталей или самого двигателя. Повреждение рабочих конденсаторов также может произойти по разным причинам.

Скачки напряжения вызывают беспокойство, но по мере старения емкость падает, что ослабляет сам конденсатор.Излишне говорить, что покупка нового двигателя вентилятора конденсатора и установка его в систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха намного дороже, чем замена вышедшего из строя конденсатора.

Тестирование конденсаторов против вызова Pro

Хотя мы считаем, что замена конденсатора — это то, чем могут заняться большинство домовладельцев, важно помнить, что они могут удерживать заряд в течение некоторого времени. Вы должны чувствовать себя комфортно, работая с вашим блоком HVAC, прежде чем пытаться отремонтировать конденсатор, а также разрядить рабочий или сдвоенный конденсатор, прежде чем пытаться удалить его из вашей системы.

После того, как вы найдете и извлечете конденсатор, вам может потребоваться проверить его, если на нем не появятся видимые признаки повреждения. Для этого потребуется мультиметр, но вы должны будете знать, как определить заменяемую деталь и установить ее. Другими словами, подумайте об этих факторах, прежде чем переходить к следующему разделу.

Как проверить рабочий конденсатор

Проверка пускового конденсатора довольно проста, и большинство домовладельцев может диагностировать это за считанные минуты.Однако есть только один быстрый способ проверить рабочий конденсатор — это визуальный осмотр.

Если вы заметили, что рабочий конденсатор кажется «вздутым», это плохой знак, и в некоторых случаях он может расколоться. Если конденсатор выглядит целым и в хорошем состоянии, следующим шагом будет удаление конденсатора из системы для тестирования. Этому процессу вы можете следовать в этом руководстве. Если вы не знакомы со своей системой, рекомендуется сфотографировать проводку, прежде чем снимать стартовый колпачок.

Лучший способ проверить рабочий конденсатор — использовать мультиметр, который по сути является вариантом омметра, но с более широкими возможностями тестирования. Выберите «Ом» на измерителе, убедившись, что шкала находится в верхнем диапазоне не менее 1000 Ом. Убедитесь, что измеритель показывает «0», и если это не так, вы можете откалибровать его, соприкоснув зонды вместе.

При использовании одинарного рабочего конденсатора возьмите каждый датчик и подключите их к клемме, чтобы получить показания. Для конденсаторов двойного действия вам необходимо подключить один щуп к общей клемме, а затем подключить вторую клемму к клемме HERM или COMP, чтобы проверить другую.

  • Хорошие конденсаторы — Если конденсатор исправен и не имеет проблем, он покажет низкое сопротивление около 0, прежде чем вернуться к бесконечному сопротивлению.
  • Плохие конденсаторы. Когда датчики подключены правильно, а счетчик остается около нуля или вообще не двигается, пора заменить рабочий конденсатор для вашей системы.

Заключение

Хотя может быть сложно диагностировать симптомы рабочего конденсатора до того, как он выйдет из строя, выполнение планового обслуживания — это один из способов остановить проблемы до их запуска.Это включает в себя мелочи, о которых легко забыть, например, регулярную замену воздушных фильтров и сезонное обслуживание сертифицированным специалистом по HVAC.

Часто задаваемые вопросы о рабочем конденсаторе

В: Всем ли системам HVAC нужен конденсатор для работы?

A: Хотя все однофазные двигатели используют пусковой конденсатор, некоторые электродвигатели предназначены для работы без рабочего конденсатора.

В: Можно ли использовать пусковой конденсатор вместо рабочего конденсатора в блоке кондиционирования воздуха?

A: No.Пусковой конденсатор не может выдерживать постоянный ток. Единственная альтернатива — двойной рабочий конденсатор, который имеет как пусковой, так и рабочий конденсатор в одном корпусе.

В: Как долго прослужит оригинальный рабочий конденсатор?

A: Многие факторы могут повлиять на срок службы рабочего конденсатора, включая его возраст, качество детали и повреждение вашей системы. В большинстве случаев можно ожидать около 20 лет эксплуатации, прежде чем потребуется замена заводского конденсатора или рабочего конденсатора OEM.

В: Почему пусковые конденсаторы имеют более высокие номиналы, чем рабочие конденсаторы, если рабочий конденсатор используется постоянно?

A: Пусковой конденсатор требует большого количества энергии для создания крутящего момента, достаточного для быстрого запуска двигателей в системе переменного тока.

В: Что произойдет, если используется рабочий конденсатор неправильного размера?

A: Это вызовет множество проблем и вызовет чрезмерную нагрузку на двигатель, включая перегрев или снижение скорости.

Советы по проектированию звена постоянного тока | Engineering Center

Конденсаторы звена постоянного тока являются важным этапом преобразования энергии для многих приложений, включая инверторы с трехфазной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), фотоэлектрические и ветровые инверторы, промышленные моторные приводы, автомобильные бортовые зарядные устройства и инверторы (Рисунок 1) , блоки питания для медицинского оборудования и т. д. В сложных приложениях существуют ограничения по стоимости, суровым условиям окружающей среды и строгим требованиям к надежности. Несмотря на то, что в схемах могут использоваться разные подходы, давняя основа схем преобразования энергии включает в себя конденсаторы звена постоянного тока.Конденсаторы звена постоянного тока могут повысить плотность энергии системы и решить физические проблемы, связанные с пульсациями, возникающими при быстром переключении, присущем импульсным преобразованиям мощности. Но что из конденсаторов типа хорошо работает как звено постоянного тока и почему?

Рис. 1. Конденсаторы звена постоянного тока являются краеугольным камнем в конструкции преобразования энергии для многих инверторных приложений, включая гибридные электрические и электромобили. По оценкам JP Morgan Chase and Company, к 2025 году объемы продаж автомобилей HEV и электромобилей вырастут примерно до 30% от общего объема продаж автомобилей.(Источник изображения: afdc.energy.gov)

Автомобильная промышленность представляет собой яркий пример преобразования мощности в гибридной и электрической трансмиссии. Аккумуляторные электромобили включают в себя перезаряжаемый блок аккумуляторов для хранения энергии для системы привода, электродвигатель привода и контроллер мощности, который включает в себя инвертор. Все они работают при высоком напряжении от 48 В постоянного тока до 800 В постоянного тока. Из-за физических ограничений, ограничивающих ток, высокое напряжение коррелирует с высокой производительностью.Чем выше рабочее напряжение постоянного тока, тем ниже требуемый ток для той же выходной мощности (P = VI). Автомобильная промышленность хорошо известна тем, что требует компонентов, которые могут работать с исключительной надежностью при чрезвычайно высоких температурах, в условиях постоянной вибрации и там, где компоненты подвергаются суровым условиям окружающей среды. Трехступенчатый тяговый инвертор преобразует энергию батареи для привода двигателя, а конденсатор звена постоянного тока является ключевым в этой конструкции.

Рисунок 2: Архитектура высокопроизводительной трансмиссии HEV / EV.(Источник: Keysight Technologies )

В отличие от игрушечной машины, электромобили не работают напрямую от энергии, хранящейся в аккумуляторной батарее; требуется преобразование. Рассмотрим блок-схему системы, включающую трехступенчатый инвертор мощности для гибридного / электрического транспортного средства (HEV / EV) на рисунке 3, где:

  • Этап I — это входной каскад, который выводит напряжение постоянного тока от аккумуляторной батареи
  • Стадия II начинает преобразование с использованием конденсатора звена постоянного тока, который фильтрует и сглаживает напряжение постоянного тока, которое присутствует на шинах постоянного тока
  • Стадия III инициирует преобразование через высокочастотное переключение (с выходом, очень похожим на выпрямитель на шину) и подает инвертированную мощность на нагрузку, поскольку нагрузка создает мгновенные запросы

Почему конденсатор звена постоянного тока жизненно важен

Конденсатор промежуточного контура должен уравновешивать колеблющуюся мгновенную мощность на шинах, подаваемую активностью от первой и третьей ступеней (см. Рисунок 3).Конденсатор звена постоянного тока стабилизирует «пульсации», создаваемые высокочастотными цепями переключения мощности Stage III. Пульсации тока / напряжения (заданные для заданной частоты и температуры) — это общее количество среднеквадратичных значений переменного и постоянного тока / напряжения, которое конденсатор может выдержать без сбоев. Конденсатор звена постоянного тока (расположенный на ступени II) должен стабилизировать и сглаживать напряжение и ток на шинах (т. Е. Развязывающие выбросы, вызванные переключением). Вы можете рассчитать пульсирующее напряжение, используя следующее уравнение:

где C MIN = требуемая минимальная емкость, I OUT = выходной ток, D Цикл = рабочий цикл, f SW = частота переключения

В pp (макс.) = амплитуда пульсаций напряжения.

Рекомендации по проектированию при выборе конденсатора промежуточного контура инвертора

Конденсатор промежуточного контура предназначен для обеспечения более стабильного постоянного напряжения, ограничивая колебания, поскольку инвертор время от времени потребляет большой ток. Конструкция может использовать различные технологии для конденсаторов звена постоянного тока, такие как алюминиевые электролитические, пленочные и керамические. Выбор непростой и сильно зависит от приложения.

Поиск лучшего конденсатора звена постоянного тока начинается со сравнения номинальных значений емкости и номинальных напряжений, которые соответствуют известным требованиям к энергии, а также с расчетом на высокие номинальные значения пульсирующего тока.Пульсации в узлах звена постоянного тока, в основном генерируемые яростно быстро переключающимися IGBT или MOSFET на этапе III (см. Рисунок 3), влияют на производительность, потому что каждый реальный конденсатор имеет определенное сопротивление (и самоиндукцию). Конденсатор звена постоянного тока должен регулировать напряжение и также поглощать колебания тока.

Пульсация изменяет уровень напряжения, возникающего на конденсаторе промежуточного контура, в то время как пульсации тока переключения проходят через конденсатор (V = IR). Также необходимо учитывать частоты переключения инвертора, которые должен выдерживать конденсатор промежуточного контура.Например, пленочные конденсаторы не могут работать должным образом, если частота переключения превышает 1 МГц. Другие соображения при выборе конденсатора промежуточного контура включают знание необходимого напряжения постоянного тока на рельсах, ожидаемого срока службы приложения, максимально возможных пульсаций тока и частоты, которые будет испытывать система, а также того, является ли генерируемый пульсирующий ток установившимся или прерывистый.

Таблицы данных

на лучшие конденсаторы звена постоянного тока должны указывать на низкую самоиндукцию, очень низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и высокую устойчивость к пульсирующим токам при сопоставимых рабочих температурах и частотах сравниваемых компонентов.(ESR конденсатора — это полное внутреннее сопротивление, указанное для данной частоты и температуры.) Минимально возможное ESR минимизирует тепловыделение в виде рассеиваемой мощности (P Dissipated = I 2 x ESR). Однако общие компромиссы означают, что для пленочных конденсаторов звена постоянного тока ESR существенно ниже, при этом обеспечивается хорошее номинальное значение емкостного напряжения (CV), которое обычно дает гораздо лучший отклик на ток пульсаций. [1]

Таким образом, пленочные конденсаторы звена постоянного тока обеспечивают высокий ток пульсаций и более длительный ожидаемый срок службы, чем электролитические конденсаторы, а также обеспечивают более высокое значение емкости, чем конденсаторы керамического типа.Тем не менее, фактические требования к номинальному току пульсаций трудно предсказать и варьируются в зависимости от частоты переключения и гармоник, генерируемых входным и выходным каскадами (то есть ступенью I и III). Например, из упрощенной блок-схемы на Рисунке 3 можно предположить, что форма волны более квадратная, основанная на каскаде инвертора. Конденсатор звена постоянного тока — это элемент, который поглощает или истекает соответствующие токи. Архитектура других типов может иметь форму волны тока более треугольной формы.

Как правило, номинальные значения емкости могут изменяться из-за изменений окружающей рабочей температуры или изменений приложенного напряжения и частоты. Другие переменные для рассмотрения: самоиндукция может значительно снизить эффективное сопротивление конденсатора на высоких частотах, тем самым изменив ожидаемое поведение конденсатора. Независимо от типа выбранного конденсатора, шумоподавители, такие как KEMET Flex Suppressors®, могут помочь подавить высокочастотный шум, создаваемый окружающей средой.

При рассмотрении вариантов конструкции спросите, может ли рассматриваемый конденсатор звена постоянного тока выдерживать разумный уровень напряжения заряда после того, как входное напряжение снимается между циклами переключения. Чтобы определить количество энергии, которое хранится в конденсаторе промежуточного контура — для питания нагрузки при разряде конденсатора (а также напряжения разряда и значений запоминающего конденсатора) — рассчитайте удерживающую емкость:

Где V in_max — пиковое значение выпрямленного напряжения (V in_max = • V line }, V disch — напряжение разряда (V disch = / 2 • V in_max ) при некоторое значение нагрузки и частота сети (ω), V линия — линейное напряжение, P нагрузка — мощность нагрузки, P in — средняя входная мощность инвертора, а V C_av — напряжение на среднем значении C ч :

Кроме того, ESR конденсатора часто является ограничивающим фактором для номинального тока пульсаций (т.е.е. пульсации тока, с которыми конденсатор может справиться без перегрева). Для достижения необходимого низкого значения ESR и длительного срока службы при высоком рассеивании физический размер пленочного конденсатора таков, что он часто приводит к тому, что конденсатор уже соответствует или превосходит расчет пульсации напряжения или задержки.

Наконец, в любой конструкции с высокой мощностью необходимо учитывать, предусмотрено ли охлаждение, и если да, то какого типа? Профиль температуры окружающей среды важен для обеспечения тщательного выбора лучшего конденсатора промежуточного контура.

Конденсаторы для требовательных инверторных конструкций

Доступны несколько типов конденсаторов. Однако не все из них подходят для инверторов высокого напряжения. Подходящие многослойные керамические конденсаторы с необходимым напряжением, показаниями температуры и надежностью ограничены. Электролитические конденсаторы являются подходящим вариантом для применения в цепи постоянного тока. Однако не все электролитические конденсаторы могут соответствовать всем требованиям. В прошлом традиционные пленочные конденсаторы ограничивались более низкими рабочими температурами.Однако технология пленочных конденсаторов развивается быстрее, чем электролитические. Последние пленочные конденсаторы, такие как KEMET C4AE, могут обеспечить лучший отклик конструкции. Металлизированные пленочные конденсаторы меньше электролитических конденсаторов и обладают аналогичной функциональностью. Хотя можно добиться стабильности напряжения, используя большой электролитический конденсатор, большие компоненты, например, уменьшат плотность мощности автомобильного инвертора. Размер и вес компонентов влияют на общие возможности и стоимость автомобиля.

Пленочные конденсаторы

также имеют более длительный срок службы, чем электролитические, в основном потому, что они построены из слоев металла, осажденных из паровой фазы, поверх материала подложки. Из-за высокого уровня энергии, хранящейся между ультратонкими слоями металла, внутреннее короткое замыкание можно естественным образом самокорректировать, поскольку небольшие дефекты испаряются за микросекунды без заметного изменения характеристик. Пленочные конденсаторы также подходят для приложений с высоковольтными импульсами и соответствующих соображений безопасности, поскольку они могут выдерживать быстрые перенапряжения и переходные процессы.Пленочные конденсаторы не поляризованы, могут иметь более длительный срок службы (тем более за счет снижения номинальных характеристик), практически неограниченный срок хранения, повышенную допустимую нагрузку по току, обеспечивают стабильную работу в более широком диапазоне температур и обеспечивают лучшую механическую стабильность, чем электролитические конденсаторы. Дополнительные преимущества включают широкий выбор способов монтажа пленочных конденсаторов. И, что особенно важно для HEV / EV, доступны прочные пленочные конденсаторы с уровнями напряжения на шине, превышающими 500 В постоянного тока.

Хорошим примером пленочных конденсаторов, подходящих для HEV / EV, является пленочный конденсатор KEMET C4AQ, который соответствует требованиям AEC-Q200 для автомобильных приложений и обладает рядом значительных преимуществ в архитектурах DC-Link.Как упоминалось выше, конденсаторы C4AQ компании KEMET обладают всеми преимуществами, присущими пленочным конденсаторам. В качестве альтернативы силовые пленочные конденсаторы KEMET C4AE аналогичны конденсаторам серии C4AQ, но не предназначены для использования в автомобилях. Другие конденсаторы, подходящие для неавтомобильных приложений звена постоянного тока, включают керамические конденсаторы CKC KC-LINK и пленочные конденсаторы C44U и C4DE.

Мониторинг может иметь решающее значение для успешной работы инвертора большой мощности. Серия сильноточных датчиков KEMET C / CT позволяет в реальном времени измерять ток в токоведущем проводе.Термодатчики часто интегрируются с требованиями безопасности. Быстродействующие термодатчики KEMET OHD защищены от пыли, взрыва и коррозии и имеют широкий диапазон рабочих температур до 120 ° C.

Как показано выше, выбор подходящего конденсатора звена постоянного тока может быть сложным, но критически важным процессом. У KEMET есть продукты и люди, необходимые для оптимизации этого процесса. Посетите ComponentEdge для получения дополнительной информации и поддержки.

[1] https: // пассивные компоненты.eu / характеристики-пленочные-конденсаторы-и-приложения-источники питания /

Конденсаторы кондиционера

Конденсаторы кондиционера обычно используются в электрической цепи системы кондиционирования воздуха. Они используются в различных схемах для разных целей. Обсудим более подробно, где используются эти компоненты. Тем не менее, хорошо бы перейти к основам конденсатора.

Конденсатор используется для хранения энергии в виде электрического заряда.Проще говоря, он в основном состоит из двух проводящих пластин с изоляционным материалом между ними. Изоляционный материал также называется диэлектриком и может быть сделан из бумаги, специального непроводящего материала или просто воздуха. Они используются как в цепях переменного, так и постоянного тока.


Значение емкости зависит от:

  • Материал диэлектрика (Чем выше диэлектрик K, тем выше емкость.)
  • Площадь пластин (Чем больше площадь, тем выше емкость.)
  • Расстояние между пластинами (Чем ближе пластины, тем выше емкость.)
  • Количество пластин (Чем больше пластин используется для изготовления конденсатора, тем выше емкость.)

Символы, используемые для обозначения конденсаторов, показаны ниже.

Конденсатор 20 мкФ / 370 В переменного тока

Единица измерения — Фарад (Ф), общепринятые значения — мкФ (микрофарад), что составляет 0,000001 Фарад, мФ (милифарад), нФ (нанофарад) и пФ (пикофарад).


Номинальное напряжение конденсаторов кондиционеров

Номинальное напряжение конденсатора определяет максимальное напряжение, которое должно подаваться во время работы. Также обратите внимание на допустимый диапазон температур. Если вы заменяете конденсатор, убедитесь, что его емкость такая же, а номинальное напряжение не ниже старого конденсатора, который необходимо заменить. Также убедитесь, что тип используемого конденсатора аналогичен.


Типы конденсаторов кондиционеров

Электролитический конденсатор

Этот конденсатор имеет полярность и имеет выводы, помеченные знаком + или -.Обычно он используется для сглаживания постоянного напряжения после выпрямления напряжения диодами. Они помогли уменьшить пульсации источника постоянного тока. Чем больше емкость используемого конденсатора, тем меньше будет пульсация. Вы найдете это применение в простом линейном источнике питания вместе с понижающим трансформатором.

Керамические конденсаторы

Керамические колпачки. используются в качестве байпасных конденсаторов для обхода высокочастотной составляющей цепи. Они могут быть размещены параллельно источнику питания постоянного тока интегральных схем для обхода определенных высокочастотных шумов в схеме, которые могут отрицательно повлиять на чувствительную схему.

Поскольку сегодня все больше бестрансформаторных источников питания становится обычным явлением из-за их большей эффективности и меньшего пространства, вы увидите, что многие конденсаторы для поверхностного монтажа используются в многослойных печатных платах.

Защитные конденсаторы

Защитные колпачки. обычно используются в цепи управления инвертором кондиционера. Их можно разделить на типы X или Y, и они используются в токоведущих частях цепи. Следовательно, всегда будьте осторожны при работе с этими конденсаторами, так как некоторый заряд на них может вызвать электрический шок, даже когда питание отключено.

Хорошая конструкция должна иметь резисторы отвода утечки для снятия заряда с устройства после выключения кондиционера. Перед использованием убедитесь, что на корпусах конденсаторов присутствуют соответствующие сертификационные знаки, такие как маркировка VDE, UL и CE.

Эти конденсаторы вместе с катушками индуктивности используются для уменьшения гармоник, которые генерируются при быстром переключении источника питания переменного тока биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT).

Конденсаторы кондиционера Start & Run

Эти конденсаторы используются в однофазных электродвигателях.ПУСК. используется для сдвига разности фаз между обмотками ПУСКА и обмотками ПУСК конденсаторного двигателя. Эта разница вызвала создание пускового момента, который может запустить двигатель с подключенной к нему полной нагрузкой.

Заглушка RUN. используется для дальнейшего сдвига разности фаз между двумя обмотками, вызывая создание еще более высокого пускового момента. На однофазном компрессоре есть маркировка для обозначения соединений в двигателе. Метки: R (подключен к обмотке RUN), S (подключен к обмотке START) и C (общий для двух обмоток).


См. Также двигатели кондиционеров


Вернуться на главную страницу Конденсаторы кондиционера

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*