Расчет конденсатора для двигателя: Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов

Расчет конденсатора для электродвигателя 380 на 220 В – особенности 3-фазного мотора, правила выбора конденсатора

Нашел хороший 3-фазный электромотор и решил сделать из него мощный наждак. Однако не так-то просто оказалось подключить его к бытовой сети – потребовалось подбирать и внедрять в схему конденсатор. В этом посте хочу рассказать, как правильно выполнить расчет конденсатора для электродвигателя 380 на 220 вольт, а также в чем заключаются особенности 3-х-фазного электропривода.

Для запуска 3-фазного мотора от однофазной сети требуется конденсатор

Особенности 3-фазного двигателя – устройство, подключение

Для начала объясню, как устроен стандартный 3-х-фазный электромотор асинхронного типа. Состоит он следующих основных частей:

• Статор – неподвижная часть. Внешне напоминает пустой цилиндр из наборных пластин с внутренними пазами, на которых крепится проволочная обмотка. При этом она не сплошная, а разделенная на 3 независимых сектора по 120⁰. К каждому из них подводится отдельная фаза, что благодаря сдвигу формирует вертящееся магнитное поле. 
  
• Ротор – вращающийся на валу в статоре узел. Также состоит из пластинчатых элементов, объединенных внешней обмоткой. Вращение обуславливается возникновением асинхронного магнитного поля с несколько меньшей частотой, чем на статоре.
  

Запуск мотора происходит по причине естественного сдвига фаз между 3-мя обмотками. Однако если подать всего одну фазу, ничего не произойдет. Для работы от сети 220 В потребуется цепочка пусковых и рабочих конденсаторов, которые бы выполнили необходимый сдвиг для набора момента вращения. Аналогичного результата можно добиться, подключив 2 фазы – но в данном бытовом случае у нас только одна.

Схематическое устройство 3-х-фазного электродвигателя

Подключение выполнял по схеме «звезды» или «треугольника»:

1. Две обмотки подсоединил к 220 В. 
   
2. Третью – подключил на одну из них.
    
   
3. При этом в цепи проводника для нее установил рабочий конденсатор. 
   
4. По идее, параллельно ему в схему внедряется пусковой конденсатор, электроток посредством которого идет только в момент надавливания кнопки.
   

На этапе сборки электросхемы у многих начинающих возникает вопрос, сколько все-таки нужно конденсаторов для запуска 3-х-фазного двигателя от сети 220 вольт – один или два. Лично мне понадобился только один – рабочий, так как запуск наждака с мотором в 0,5 кВт осуществляется без усилия.

Дело в том, что дополнительный, пусковой конденсатор требуется только для разгона мощного мотора с нагрузкой в момент запуска – пока количество оборотов не достигнет 70-80% от номинального значения. Так как потребляемая мощность в данный период превышена как минимум в 2 раза. Если же обойтись без него, мотор сильно нагреется, а фазы перекосит.

При пуске мотора с нагрузкой в электросхему внедряется пусковой конденсатор

Основы выбора конденсатора

Прежде чем перейти к основам подбора и расчета пускового и рабочего конденсатора для трехфазного электродвигателя при работе от сети 220 В, для общего понимания происходящих процессов расскажу, что такое вообще емкостные накопители. Конструкционно, это 2 параллельные токопроводящие пластины, разъединенные диэлектриком. Подразделяются они на 3 вида:

• Полярные. Применяются только в цепи постоянного тока, так как при переменном диэлектрический слой разрушается и вызывает замыкание. 
  
• Неполярные. Универсальны в использовании. 
  
• Электролитические. В качестве токопроводящих частей выступает пленка из оксидов. Характеризуются лучшими показателями для низкочастотных моторов.
  

Пример СВВ-конденсаторов для запуска мотора

Хотя можно было воспользоваться специальным калькулятором, я применял для расчета рабочего конденсатора электродвигателя на 380 В для работы в сети 220 вольт такую формулу:

Е_раб = К * И_с * Н

Е_раб – вычисляемая величина емкости накопителя, выражаемая в мкФ.

К – поправочный коэффициент, для «треугольника» равен 4800, а для «звезды» – 2800.

И_с – сила тока статора, приведенная на технической табличке агрегата, также ее можно замерить спецприбором.

Н – напряжение в сети, то есть в рассматриваемом примере – 220 вольт.

Видео-пример подбора конденсаторов для запуска 3-фазного двигателя от сети 220 В:

Величина напряжения пускового конденсатора должна превышать сетевое минимум в 1,5 раза, а емкости – 2-3 раза аналогичный показатель для рабочего.

Рекомендация! Если вы не знаете, как грамотно рассчитать емкость конденсатора, предлагаю простую эмпирическую зависимость, наглядно показывающую, сколько микрофарад нужно на 1 киловатт для работы трехфазного двигателя в сети 220 вольт. Это примерно 6-8 мкФ на каждые 100 кВт.

Советы по выбору

Зачастую в продаже доступны 3 типа конденсаторов:

1. Бумажные – МБГП, МБГО и КБП.  
   
2. Электролитические. 
   
3. Металлизированные – СВВ.
   

Экземпляры 1-го вида, как правило, распространены и недороги. Однако для них характерны большие размеры и недостаточная емкость. Модели 2-го типа требуют внедрения в схему сопротивления и диодных мостов, что усложняет конструкцию и снижает надежность. Наконец, СВВ – оптимальный вариант, так как у них практически исключены минусы аналогов.

Видео-обзор подключения 3-фазного мотора в однофазную сеть:

Коротко о главном

3-фазный электромотор состоит из статора и ротора. Три сегмента обмотки обеспечивают естественное вращение вала – за счет сдвига фаз. Для запуска его от сети 220 В потребуется контур из рабочего и пускового конденсатора.

Чтобы правильно подобрать рабочий и пусковой конденсатор для работы трехфазного электродвигателя от сети 220 В, применяется специальная формула. При этом на каждые 100 кВт мощности должно приходиться 7 мкФ накопителя.

Напишите в комментариях, как думаете – нужно ли использовать пусковой конденсатор для подключения 3-фазного мотора мощностью до 0,5 кВт к сети 220 вольт без нагрузки?

Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности – калькулятор расчета и формулы

Чтобы рассчитать требуемую емкость PFC, нам нужно знать существующую реактивную мощность Q _L (вар) вашей электрической системы и выбрать желаемый коэффициент мощности. Проблема Q _L не всегда известна. Существует несколько способов оценки Q _L в зависимости от того, какие другие величины известны. Мы обсудим эти методы ниже. Важно отметить тот факт, что реактивная мощность двигателя не постоянна и незначительно меняется в зависимости от нагрузки.

Поэтому, чтобы избежать чрезмерной коррекции, в идеале вы должны определить значение реактивной мощности вашего двигателя на холостом ходу. К сожалению, производители редко указывают этот номер.

Если вы не можете получить информацию о Q _L

от производителя, вы можете попросить электрика измерить ток холостого хода с помощью клещей и умножить результат на напряжение. Технически это будет суммарная ВА, но при отсутствии рабочей мощности этот результат будет близок к ВАр. Как только вы определили «Q _L «, требуемый номинал конденсаторов PFC будет просто Qc=Q _L × PF _{требуемый} , где PF задается в виде десятичной дроби. немного сложнее.Вспомним из геометрии, что тангенс угла в прямоугольном треугольнике есть отношение противолежащего катета к прилежащему.Тогда, как мы видим из диаграммы треугольника мощностей, даны нескорректированные и скорректированные значения реактивной мощности следующими уравнениями: 9где П- реальная мощность. Отсюда находим искомое Qc:

Qc= Q _{нескорректированное} -Q _{исправленное} =P×(tanφ ₁ — tanφ ₂ )

9001 2 Здесь мы имеем три неизвестных значения: P, φ ₁ и φ ₂ . Рабочую мощность Р можно измерить ваттметром. Чтобы найти φ ₁ , нам нужно знать гипотенузу, которая представляет кажущуюся мощность S(VA). Итак, вам нужно измерить общий ток при полной нагрузке и умножить его на напряжение. Когда мы знаем P и S, предполагая неискаженный синусоидальный ток без гармоник, мы можем найти φ ₁ =arccos(P/S) . Аналогично, требуемый угол φ ₂ равен φ ₂ =arccos(PF ₂ ), где PF ₂ – целевой коэффициент мощности.

Наконец, если измерение P и VA на вашем предприятии нецелесообразно, у вас нет другого выбора, кроме как собрать значения HP, PF и КПД из паспорта вашего двигателя. Этот метод является наименее точным, так как приведенные выше данные приведены для работы с полной нагрузкой, а в реальности двигатели почти всегда недогружены. Так как 1 л.с.≈0,746 киловатт, если не знать P, можно оценить как
P(кВт)=HP×0,746/η , где η — эффективность в десятичной дроби (обычно от 0,8 до 0,95). Подставляя φ1 и φ2 в наше выражение для Qc, мы получаем:

Qc(kVAR)=P(kW)×[tan(arccos(PF ₁ ))- tan(arccos(PF ₂ ))] ,
где PF ₁ и PF ₂ — начальный и улучшенный PF соответственно (если у вас PF выражен в процентах, то нужно разделить на 100). Наш калькулятор просто реализует приведенную выше формулу. После того, как вы нашли необходимое количество квар, выберите стандартный конденсатор с таким же или меньшим номиналом. Всегда лучше недокорректировать, чем перекорректировать. Обратите внимание, что хотя обычно емкость измеряется в микрофарадах, для упрощения определения размеров конденсаторов PFC производители указывают их в киловарах (кВАр). Поскольку Ic=V/Xc и Xc=1/(2πFC), то V×I=2πFCV ² , где «C» в фарадах, «F» в герцах. Если мы выразим V×I в кВАр и «C» в мкФ, то соотношение между этими двумя величинами будет следующим:

кВАР=2πFC _мкФ В ² × 10 ^-9 .

Наш виджет предназначен только для предварительной приблизительной оценки — прочитайте наш полный отказ от ответственности, ссылка на который приведена ниже. Вам нужен инженер, который проведет исследование, предложит решение и определит, имеет ли проект финансовую целесообразность.

Избыточная компенсация реактивной мощности для асинхронных двигателей – Помехи напряжения

При чрезмерном количестве компенсация реактивной мощности (коррекция PF) применяется к клеммам асинхронный двигатель, это может привести к самовозбуждению и перенапряжению во время выключения двигателя. Рекомендуемый практика заключается в том, чтобы размер конденсатора составлял около 80% от требуемой реактивной мощности при без нагрузки. Перекомпенсация двигателей часто не преднамеренна и обычно происходит, когда двигатели перемещаются в новое место для стартера или когда замена двигателей с разными характеристиками намагничивания.

Компенсация двигателя

Если коррекция коэффициента мощности емкость конденсатора выше рекомендованного значения, то есть вероятность что индуктивность намагничивания двигателя и конденсаторы коэффициента мощности образуют резонансный контур, когда двигатель выключается и замедляется. Мотор, который выключен, накопил магнитную энергию в своем воздушном зазоре, который схлопывается, когда время прогрессирует. Схлопывание магнитного поля приводит к возникновению тока в роторе. который, в свою очередь, индуцирует напряжение на статоре. Первоначально это напряжение будет близка к системной частоте (50/60 Гц) и со временем затухает по мере увеличения скорости вращения ротора. умирает.

Любая комбинация катушки индуктивности и конденсатор имеет резонансную частоту. Если конденсатор двигателя слишком большой, то есть вероятность, что эта резонансная частота на 90 105 ниже системной частоты 90 106 (50/60 Гц). По мере замедления двигателя частота наведенного напряжения уменьшается от системной частоты и по мере прохождения через резонансную частоту сочетание индуктивности конденсатор-двигатель, можно настроить резонансное состояние. Резонанс может вызвать перенапряжение на клеммах двигателей и привести к нарушение изоляции или пробой на двигателе или на конденсаторе.

Связь с последовательным и параллельным резонансом в энергосистемах

Решение этой проблемы заключается в наличии резонансная частота конденсатора двигателя всегда выше частоты системы (50/60 Гц). Один из способов гарантировать это — размер . конденсатор примерно до 80% реактивной мощности двигателя при холостом ходе состояние.  Резонансная частота такая комбинация всегда будет выше частоты системы и будет не ситуация, когда затухающая частота напряжения на клеммах двигателя соответствует резонансная частота.

Согласно приведенному ниже графику, конденсатор-A рассчитан на менее 80% реактивной мощности двигателя. Конденсатор-А график никогда не будет пересекать кривую намагничивания двигателя и не будет любые неблагоприятные последствия. С другой стороны, конденсатор-В имеет больший размер, чем реактивный. потребляемая мощность двигателя. Ток конденсатора-B больше, чем ток намагничивания двигателя. текущий. Также можно заметить, что стабильная рабочая точка (при напряжении 130 % в этом примере) возможно при большем размере конденсаторной батареи. Эта операционная точка может возникнуть, когда двигатель выключен, а скорость двигателя замедляется вниз. Эта точка приведет к более высокому напряжению на двигателе и конденсаторе. и может привести к повреждению изоляции.

Перекомпенсация асинхронного двигателя. I0 – ток двигателя без нагрузки.

Можно оценить резонансную частоту схема мотор-конденсатор. Емкость будет эквивалентна емкости звездочки конденсаторной батареи. подключен к мотору. Соответствующие уравнения показаны ниже.

Конденсаторы среднего напряжения (>1000 В) можно подключить треугольником или звездой. Обычно встречаются конденсаторы, соединенные треугольником. для типичных применений коэффициента мощности двигателя.

Ссылка на преобразование кВар в мкФ

Индуктивность намагничивания двигателя обычно недоступна. Вместо больших двигателей производитель указывает потери мощности без нагрузки и ток холостого хода. Из этих двух значений можно приблизительно рассчитать реактивное сопротивление/индуктивность намагничивания двигателя. Эти значения также можно получить, запустив двигатель без нагрузки и измерив ток холостого хода и мощность холостого хода. Соответствующие уравнения показаны ниже.

После расчета эквивалентной емкости звездообразного конденсатора коэффициента мощности и индуктивности намагничивания двигателя можно рассчитать собственную резонансную частоту конденсатора двигателя, используя:

Если расчетный собственный резонанс частота выше частоты системы [50/60 Гц], тогда проблем нет. Если собственная резонансная частота ниже частоты системы, то проблема и размер конденсатора необходимо уменьшить.

Примечание: коэффициент мощности конденсаторы могут иметь отклонение от 0-15% от опубликованного значения. Используйте высокий допуск при расчете.

Самый простой способ Смягчить проблему самовозбуждения является использование рекомендованных производителем размер конденсаторной батареи.

Рекомендации по применению

Использовать производителя двигателя рекомендуемый размер конденсаторной батареи.