Электролиты для запуска трехфазного двигателя

Электролиты для запуска трехфазного двигателя

Можно ли использовать электролиты для работы трёхфазных двигателей?

Фёдор Фёдорович Менде:
В сельской местности обычно отсутствует трёхфазная сеть, поэтому запуск трёхфазных двигателей осуществляют конденсаторным способом. Для этого используют бумажные конденсаторы. Однако для мощных двигателей это проблема, поскольку, чтобы набрать необходимую ёмкость, нужно использовать большое количество конденсаторов. В то же время, электролитические конденсаторы малых размеров обладают ёмкостью, значительно превышающую ёмкость бумажных конденсаторов таких же габаритов и стоимость их значительно ниже, чем у бумажных. Но электролитические конденсаторы не допускают работу в цепях переменного тока. Вопрос! Можно ли использовать электролитические конденсаторы в цепях переменного тока, и, в частности, для запуска и работы трёхфазных двигателей. И, если можно, то какая схема их включения.

Виктор Степанович Рудник:
Если посмотреть на прайслист , то вы увидите, что однофазные двигатели выпускаются до 2,2 квт. http://www.esbk.ru/products_info/ed/105_ed_odnofaz/105_ed_odnofaz.html
В принципе могут и большей мощности, но потребуются пусковые и рабочие конденсаторы такой ёмкости, что цена их перевесит цену двигателя. Да и в бытовых условиях обычно не требуется большая мощность. Даже настольные деревообрабатывающие станочки имеют мощность 1..1,5 квт.
Следовательно, при больших мощностях приходится применить типовые трёхфазные электродвигатели. Естественно, встаёт вопрос о конденсаторах, так как они стоят недёшево. Вообще, принято считать, что при соединении звездой требуется 6 мкф ёмкости на каждые 100ватт мощности, а при соединении обмоток треугольником уже больше , до 10 мкф на 100 ватт. Это для рабочей ёмкости. При этом трёхфазный двигатель в однофазной сети способен выдавать до 70 процентов своей заявленной мощности.
Но для того , чтобы запустить его, требуется пусковая ёмкость , превышающая рабочую в 2 и более раз в зависимости от тяжести пуска и характеристик самого электродвигателя.
Сравните, например , запуск циркулярки без тормозного момента и запуск компрессора.
Кроме того, почти никто не упоминает, что чем выше номинальные обороты двигателя , тем хуже он запускается. У меня , например, на циркулярке двигатель в 1,5 квт и 1000 об в мин. И всего лишь 50 мкф рабочей ёмкости при отсутствии пусковой. Если хорошее напряжение, то запускается самостоятельно, либо приходится чуть подтолкнуть диск. Но вот на другом станочке – фуговальном( там требуются большие обороты) стоит движок в 3000 об. Вот уж до чего стервозный! Не запускается даже при 200 с лишним мкФ пусковой ёмкости. Приходит помогать шнурком на вале. Что поделать, развить такие обороты тяжело для движка на этом станке.
Поэтому естественно встаёт вопрос о пусковых конденсаторах. В работе они секунды, а стоят дорого. Если использовать обычные конденсаторы. Вообще, в продаже имеются специальные пусковые электролитические конденсаторы, выдерживающие кратковременно напряжение до 450 вольт. Но стоят тоже недёшево.
Но кругом полно старых телевизоров с конденсаторами потрясающей ёмкости в 100, 200 и более мкФ в маленькой коробочке или цилиндрике, но напряжением всего лишь в 50 вольт. Тем не менее, умельцы давно приспособились использовать такие конденсаторы по специальной схеме. Так как они поляризованные, то и запитываем их через диоды. То есть, делаем две цепочки конденсаторов, в каждой свой диод, обеспечивающий правильное течение тока. А если ещё соединить между собой эти цепочки в средней части , то при обратном токе диод, вообще, закорачивает параллельный конденсатор, спасая его от высокого напряжения..
Правда, в такой схеме требуются диоды для тока не менее 10 ампер.

Фёдор Фёдорович Менде:
Виктор Степанович вы дали очень обстоятельный анализ существующего положения дел с двигателями и конденсаторами для их запуска. Проблема есть и она существует до сих пор. Но по завершению этой темы у вас не будет никаких проблем с запуском ваших двигателей, поскольку электролитические конденсаторы ёмкостью 40 мкФ на напряжение 450 В не проблема. Но я хочу, чтобы вы сами догадались, каким образом можно использовать электролиты для этих целей. Поэтому наводящий вопрос. По какой причине на электролитический конденсатор нельзя подавать переменное напряжение?

Фёдор Фёдорович Менде:
Виктор Степанович, сделаю ещё одну подсказку. В блоке питания приёмника или телевизора на электролите, который стоит сразу после диодного моста, имеется значительная составляющая переменного напряжения, но электролит из строя не выходит. Почему? Если вы правильно ответите на этот вопрос, то найдёте путь использования электролитов для работы в системе запуска трёхфазных двигателей.

Фёдор Фёдорович Менде:
Цитата: Фёдор Фёдорович Менде от 22 Февраля 2015, 16:33:33

Виктор Степанович, сделаю ещё одну подсказку. В блоке питания приёмника или телевизора на электролите, который стоит сразу после диодного моста, имеется значительная составляющая переменного напряжения, но электролит из строя не выходит. Почему? Если вы правильно ответите на этот вопрос, то найдёте путь использования электролитов для работы в системе запуска трёхфазных двигателей.

Как выбрать конденсатор для электродвигателя: основные моменты

Важно знать

Конструктор должен знать, что для разгона мощного электродвигателя в первый момент требуется большая емкость конденсатора. По мере набора оборотов, она должна уменьшаться. Т.е. номинал пускового конденсатора должен быть больше рабочего.

Важно! Нельзя использовать электролитические конденсаторы как рабочие. Для этих целей применяют неполярные емкости на рабочее напряжение, превышающее сетевое в 1,5-2 раза. Для этих целей применяют старые советские типа МБГЧ, МГБО и т.п. или специально сконструированные пленочные комплектующие типа СВВ с металлическим напылением.

Существуют специальные емкости, в корпусе которых совмещены два конденсатора – пусковой и рабочий, как показано на фото:

Они имеют два конденсатора разного номинала, конструктивно размещенные в одном корпусе.

Для чего предназначены конденсаторы

В трехфазной сети переменного тока фазы смещены относительно друг друга на 120 0 . Что позволяет создать вращающийся электромагнитный поток внутри двигателя.

При подключении к однофазной сети вращающийся поток отсутствует. Для его создания применяют фазосдвигающую емкость. Она позволяет создать вращающийся поток электрического поля.

Подбор конденсатора для асинхронного двигателя

Для подключения асинхронного трехфазного двигателя 380 вольт к однофазной сети необходим конденсатор. Электродвигатель имеет два вида соединения обмоток – звездой или треугольником. Соединение треугольником будет эффективнее работать в сети 220 вольт.

Для расчета конденсатора существуют специальные программы. Достаточно ввести данные двигателя и программа сама произведет расчет. Она выдаст рекомендации для подключения рабочего конденсатора и пускового. Таких программ в интернете существует множество. Они получили название калькулятор.

Существует формула, согласно которой производят расчет:

По вышеприведенной схеме рассчитывается рабочая емкость конденсатора, где в формуле:

• U – Напряжение питающей сети. В нашем случае это 220 вольт.
• I_ф – номинальный ток статора. Можно посмотреть на шильдике электродвигателя, или замерить токоизмерительными клещами.
• К – коэффициент, который зависит от схемы соединения обмоток. Для соединения треугольником он равен 4800, а для соединения звездой 2800.

Если все параметры известны, то правильно рассчитать конденсатор несложно. Результат получаем в мкФ. Эта формула справедлива для выбора рабочей емкости.

Сложнее обстоит дело с пусковым конденсатором. Он подключается к обмоткам на небольшое время. Не более 3 сек в момент запуска двигателя.

Как показано подключение двигателя 380 на 220 Вольт на рисунке снизу:

Подбирают пусковую емкость исходя из условий, что она должна превышать рабочую в 2 -3 раза. Однако есть более простой способ подбора.

В интернете существуют таблицы, согласно которым можно определить необходимую емкость. На рисунке снизу представлена такая таблица. В ней указывают рабочий и пусковой конденсатор.

Таблица выбора емкости конденсатора

Существуют рекомендации, согласно которых легко определить необходимый параметр. На каждые 100 Вт устанавливают емкость, равною 7 мкФ. Пусковая будет составлять 14 мкФ. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 1,5 U сети.

Подбор конденсатора для однофазного двигателя

Наибольшее распространение в быту получили однофазные электродвигатели с пусковой обмоткой. Они устанавливаются в большинстве бытовых приборах. Отсюда их распространение.

Они имеют две обмотки – рабочую и пусковую. Если в трехфазном двигателе конструкцией предусмотрен вращающийся поток, то в однофазном для этого применяется пусковая обмотка, а смещение фазы задается конденсатором. В некоторых схемах вместо емкости применяют резистор или индуктивность, но это скорее исключение.

Наиболее распространенная схема представлена ниже:

Для лучших пусковых характеристик применяется дополнительный конденсатор, подключенный параллельно рабочему. Его подключают кратковременно, не более трех секунд.

Применение электролитических конденсатора в сети переменного тока недопустимо. Т.к. включение полярного конденсатора в сеть переменного тока приводит к закипанию электролита внутри корпуса, что в конечном результате приведет к его взрыву.

Редко применяют схему с электролитическим, но при этом последовательно ему ставят диод. Такая схема оправдана, если необходимо сэкономить место, а двигатель работает кратковременно.

Выбор конденсатора для двигателя производят согласно схеме подключения:

• Пусковая обмотка, и конденсатор подключаются кратковременно на время запуска. В этом случае на каждый 1 кВт мощности устанавливают 70 мкФ. Можно использовать электролитические с диодом.
• Пусковая катушка и конденсатор постоянно подключены на все время работы мотора. В этом случае используют не полярные детали емкостью 23-35 мкФ на 1 кВт.
• Параллельно рабочему конденсатору подключают кратковременно пусковой. В этом случае в качестве пусковой можно применить электролитическую емкость с диодом. Она должна быть в 2-3 раза больше рабочей. Однако, схема должна быть построена таким образом, чтобы пусковой кондер был подключен не более 3 секунд.

Несмотря на рекомендации по подбору, следует контролировать состояние электродвигателя.

Если мотор в процессе работы греется, стоит уменьшить номинал рабочего конденсатора. Если этого не сделать, двигатель перегреется и выйдет из строя.

Устанавливая электродвигатели на другое оборудование, применяйте родные детали, демонтированные вместе с ним с бытовой техникой, например, от стиральной машины. Если это невозможно, придерживайтесь изложенной рекомендации.

Двигатели постоянного тока

Конструктору попадаются маломощные двигатели постоянного тока. Обычно используются на напряжение 12 Вольт. На их корпусе смонтированы небольшие конденсаторы. Пример на фото:

Двигатель на 12В с конденсатором

Возникает вопрос, для чего они предназначены, если без него моторчик работает. Из схемы видно, что он подключается параллельно двигателю.

• Защиту сети от высокочастотной составляющей, наводящей помехи на радиоаппаратуру.
• Выполняет функцию искрогасящего элемента. Он обеспечивает нормальный режим работы, и не позволяет пригорать щеткам к коллектору. Без него коллектор двигателя постоянного тока быстро выйдет из строя. Таким образом, продлевается срок службы коллектора и щеток.

Мы рассмотрели основные нюансы выбора конденсатора для электродвигателя и рассказали, для чего вообще нужен конденсатор в схеме. Надеемся, предоставленная информация была для Вас полезной и интересной!

Трехфазный двигатель в однофазной сети.

Обычная схема с конденсатором обеспечивает крутящий момент 35% от номинального. Приведены схемы повышения крутящего момента до 41% и даже до 58%. Рассказано, как выбрать схему подключения, определить емкость конденсатора или использовать вместо конденсатора симисторный регулятор мощности (обычный диммер).

Распространенные схемы подключения трехфазного электродвигателя к однофазной сети выглядят так:

Ток (I) для выражений, представленных в таблице, берется из шильдика на электродвигателе или определяется по формуле:

Р – мощность в Вт;

I – ток в Амперах;

U – напряжение в Вольтах;

ɳ — КПД в относительных единицах (на шильдике двигателя);

cosϕ – угол сдвига фаз (на шильдике двигателя)

Пример данных электродвигателя указанных на шильдике:

Приблизительно емкость конденсатора в микрофарадах можно определить, разделив мощность двигателя в Ватах на 10:

С — емкость в мкФ;

Р — мощность в ВТ;

Или выбрать ближайшую большую по таблице:

В журнале «Радио» №2 за 2002 год автор В. Клейменов опубликовал результаты своих интересных опытов по подключению трехфазных двигателей к однофазной сети. При обычном подключении двигателя через конденсатор (вариант А, на рисунке ниже), крутящий момент не превышает 35% номинального даже при правильном подборе конденсатора.

Если просто отключить обмотку 3 (вариант В, на рисунке выше), то крутящий момент увеличится до 41%.

Наиболее эффективным, как утверждает автор, будет подключение обмотки III, встречно с обмоткой I через отдельный конденсатор С2 (вариант С), или через увеличенную в 2 раза емкость (С1+С2), как показано в варианте С пунктиром.

Емкости конденсаторов должны быть одинаковы и рассчитаны по формуле:

Ср — емкость конденсатора, мкФ;

I – номинальный фазовый ток, А;

U – напряжение питающей сети, 230 В.

Как правило, для сдвига фазы применяют неполярные конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение 600В. Возможно применение конденсаторов МБГЧ, К42-19 на переменное напряжение 250В и выше.

В качестве Спуск вместо неполярных конденсаторов можно применять электролитические. Но, поскольку на электролитические конденсаторы нельзя подавать напряжение обратной полярности, то их нужно ставить по 2 через диоды.

Схема на электролитах:

Для запуска трехфазного электродвигателя в однофазной сети можно вместо конденсатора применить обычный симисторный регулятор мощности (диммер). Цена на диммеры невысокая и они очень распространены. Схема и подробная инструкция для самостоятельного изготовления регулятора мощности (диммера) показаны здесь. Схема подключения электродвигателя через симисторный регулятор мощности показана ниже. При запуске регулятором нужно выбрать положение, при котором двигатель уверенно запускается (обычно около 80% от максимума). После запуска регулятором можно выбрать положение, при котором двигатель работает оптимально (отсутствуют посторонние шумы и скорость вращения максимальна). В регуляторе мощности допустимый ток симистора должен превышать ток двигателя. При больших мощностях симистор нужно устанавливать на радиатор.

Есть программы онлайн расчета конденсаторов. Например, здесь.

Для примера рассчитаем разными способами емкость конденсаторов для электродвигателя шильдик которого был показан выше:

Расчет по программе при соединении обмоток треугольником:

Расчет емкости конденсатора при соединении обмоток треугольником для того же двигателя по приведенным выше формулам:

Как видим, полученные результаты отличаются. Они отличаются и при расчетах по разным программам. Поэтому, проверить правильность подбора емкости конденсатора можно измерив напряжение на каждой обмотке электродвигателя. Их отличие должно быть минимальным.

Конечно, наилучшим вариантом подключения трехфазного электродвигателя является его подключение к трехфазной сети.

Максимальный крутящий момент трехфазного двигателя можно получить с использованием преобразователя одной фазы в три, например, такого:

Модель: ZW-AT1
Режим регулирования напряжения на выходе: контроль ШИМ
Мощность входная: Однофазнае
Номинальное напряжение: AC 220В
Мощность двигателя: 1,5 кВт

Ток на выходе: 3-фазы 220v для Дельта-соединение мотора

3-фазы 380v для звезда-соединение мотора

Выход Частотный диапазон: 0,1-400 Гц

Такой преобразователь позволяет плавно регулировать частоту вращения двигателя, что очень полезно в различных станках. Приобрести можно здесь.

Преобразователь одной фазы в три можно изготовить самостоятельно на микросхемах К176ЛЕ5 и К176 ИР2 а также шести тиристорах КУ202М. Схема автора В. Соломыкова и подробное описание приведены во второй половине статьи здесь.

Как подключить трехфазный двигатель к однофазной сети

Бывают ситуации, когда нужно подключить электроприбор не так, как записано в его паспорте. К примеру, часто требуется подключение трехфазного двигателя к однофазной сети, что, хотя и снижает его мощность, иногда бывает вполне оправданным. Существуют основные схемы включения таких электродвигателей, которые широко и успешно применяются на практике. Также есть и некоторые нюансы, помогающие решать неожиданные трудности, связанные с отсутствием тех или иных материалов.

Работа такого двигателя в однофазной сети

Для правильного понимания поставленной задачи нужно четко представлять, по какому принципу работают трехфазные электродвигатели. Имея три обмотки, смещенные на 120°, они находятся в идеальных условиях: магнитное поле равномерно вращается по окружности, создавая движущую силу без каких-либо рывков и пульсаций. После подачи в схему напряжения, появляется пусковой момент, и ротор начинает раскручиваться до рабочих оборотов.

Работа трехфазного двигателя

Трехфазный ток можно представить как три однофазные схемы, также смещенные друг относительно друга на 120°. Понятно, почему двигатель будет работать без рывков: при повороте ротора на каждую треть, он «подхватывается» следующей фазой, которая «провожает» его еще на треть оборота. И как результат получается полный оборот.

Но вот возникла необходимость включения такого аппарата на одной фазе. Если просто взять, и на любые две обмотки подать такое напряжение, то ничего не произойдет. В одной из катушек статора будет пульсирующее магнитное поле, никак не влияющее ни на что больше. Пускового момента нет, крутящего тоже – двигатель будет только нагреваться. Но теперь, зная принцип работы таких машин, несложно понять, что нужно. Необходимо задействовать все три обмотки, при этом должно быть смещение по фазам.

Подключение такого типа двигателя к однофазной сети производится по самой распространенной схеме – с пусковым конденсатором. Такой метод позволяет задействовать все три обмотки, а также создать необходимый сдвиг по фазам.

Обмотки электродвигателя можно включить по двум основным схемам: звезда и треугольник. В зависимости от этого различается и подключение конденсатора.

Можно было бы обойтись и одним конденсатором, но чаще всего электродвигатели имеют какую-то нагрузку, а значит, чтобы их запустить, нужна будет дополнительная емкость. Поэтому в цепь нужно кратковременно включить дополнительный емкостной элемент – пусковой конденсатор.

Расчет конденсаторов

Понятно, что к цепи запуска нельзя подключать первый попавшийся конденсатор. Если емкость будет больше чем нужно, электродвигатель будет греться, если меньше – не будет устойчиво работать. Существуют специальные расчеты для нахождения нужных значений.

Пример расчетов для конденсатора

I – фазный ток статора. Его лучше всего измерить клещами, либо, если нет такой возможности, можно взять значения, указанные на шильде – бирке на станине двигателя.

Емкость пускового конденсатора берется из расчета 2–3 Сраб.

Однако все равно, лучшим вариантом будет дополнительный подбор нужных емкостей экспериментальным путем. В этом поможет таблица:

По напряжению конденсаторы должны быть в 1,5 раза выше напряжения сети. Это обусловлено тем, что 220В – это действующее напряжение, но ведь на конденсатор будет воздействовать полное, амплитудное напряжение. А оно в 2 выше действующего. Это приблизительно 1,4. Несложный математический подсчет помогает увидеть: 220*1,4=308 В. Ну а если учесть, что в розетке редко бывает ровно 220, чаще всего напряжение плавает в одну и другую сторону, то нужно брать большее значение.

Модели конденсаторов

Лучше всего использовать металлобумажные конденсаторы. Если нет подходящих по емкости, их набирают из нескольких элементов. Но что, если нет и металлобумажных? Допустимо ли использование электролитических?

Для рабочих конденсаторов – однозначно нет. Электролитические емкости полярные, то есть, они для постоянного тока, и при подключении важно соблюдать полярность. В сети переменного тока, или при неправильном соединении, они попросту взрываются, забрызгивая бумагой и электролитом все окружающее пространство.

Но есть и свои хитрости. Что делать, если есть только электролиты, а запустить электродвигатель нужно прямо здесь и сейчас? Самая простая схема для превращения полярного элемента в неполярный:

Соединять необходимо отрицательными выводами. При этом стоит помнить, что при таком соединении их суммарная емкость будет в два раза ниже (если значения одинаковые, то можно просто разделить на два).

Но в нашей цепи присутствуют большие токи, поэтому предпочтительнее использовать другое соединение:

Применяется встречно – параллельное соединение, следовательно, нужно правильно посчитать результирующую емкость. Диоды также выбираются по току и напряжению.

Если двигатель будет работать на мощном станке, тогда подойдут металлобумажные элементы. Для пусковой емкости используют электролиты, но здесь важно не передержать кнопку пуска.

Данные двигателя

На что стоит обратить внимание при включении в однофазную сеть 3ех фазных электродвигателей:

• полезная мощность снижается до 70–80%,
• при рабочих значениях 380/220,Ỵ/Δ, подключать на одну фазу нужно треугольником. При соединении звездой не будет максимальной мощности,
• если на шильде указано только одно значение – 380В, звезда, тогда придется двигатель разбирать, чтобы сделать переключение на треугольник, что не совсем удобно. При возможности стоит поискать другой двигатель.

Реверс в однофазной сети

Чтобы сделать реверс такого двигателя, подключенного к однофазной сети, нужно пусковой конденсатор переключить на другую обмотку. Делать это необходимо при снятом напряжении питания, и включать его только после полной остановки ротора. Это самая простая схема реверсирования.

Существуют и другие варианты решения этой проблемы, но они более сложные и дорогостоящие.

Как видно из вышесказанного, трехфазные асинхронники – это довольно универсальные электрические машины. Они хорошо зарекомендовали себя в работе, их можно включать не так, как записано в паспорте, а также в зависимости от варианта исполнения, могут работать в самых разных условиях.