Инерционный выключатель пускового конденсатора

Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей

Для обеспечения надежной работы электродвигателя используются пусковые конденсаторы.

• Назначение и преимущества ↓
• Схемы подключения ↓
• Выбор пускового конденсатора для электродвигателя ↓
• Обзор моделей ↓
• Советы ↓

Наибольшая нагрузка на электродвигатель действует на момент его старта. Именно в этой ситуации пусковой конденсатор начинает работать. Также отметим, что во многих ситуациях пуск проводится под нагрузку. В этом случае, нагрузка на обмотки и другие компоненты очень велика. Какая же конструкция позволяет снизить нагрузку?

Все конденсаторы, в том числе и пусковые, имеют следующие особенности:

1. В качестве диэлектрика используется специальный материал. В рассматриваемом случае, часто используется оксидная пленка, которую наносят на один из электродов.
2. Большая емкость при малых габаритных размерах – особенность полярных накопителей.
3. Неполярные имеют большую стоимость и размеры, но они могут использоваться без учета полярности в цепи.

Подобная конструкция представляет собой сочетание 2 проводников, которые разделяет диэлектрик. Применение современных материалов позволяет значительно повысить показатель емкости и уменьшить его габаритные размеры, а также повысить его надежность. Многие при внушительных рабочих показателях имеют размеры не более 50 миллиметров.

Почему применяется запуск двигателя 220 В через конденсатор?

Для начала определимся с терминологией. Конденсатор (лат. condensatio — «накопление») – это электронный компонент, хранящий электрический заряд и состоящий из двух близкорасположенных проводников (обычно пластин), разделенных диэлектрическим материалом. Пластины накапливают электрический заряд от источника питания. Одна из них накапливает положительный заряд, а другая – отрицательный.

Емкость – это количество электрического заряда, которое хранится в электролите при напряжении 1 Вольт. Емкость измеряется в единицах Фарад (Ф).

Метод подключения двигателя через конденсатор – этот способ применяют для достижения мягкого пуска агрегата. На статоре однофазного движка с короткозамкнутым ротором размещают дополнительно к основной электрообмотке ещё одну. Две обмотки соотнесены между собой на угол 90 0 . Одна из них является рабочей, её предназначение заставить работать мотор от сети 220 В, другая – вспомогательная, нужна для запуска.

Рассмотрим схемы подключения конденсаторов:

• с выключателем,
• напрямую, без выключателя;
• параллельное включение двух электролитов.

Схемы подключения

Варианты подключения двигателя через конденсатор:

• схема подключения однофазного двигателя с использованием пускового конденсатора;
• подключение электродвигателя с использованием конденсатора в рабочем режиме;
• подключение однофазного электродвигателя с пусковым и рабочим конденсаторами.

Все эти схемы успешно применяются при эксплуатации асинхронных однофазных двигателей. В каждом случае есть свои достоинства и недостатки, рассмотрим каждый вариант более подробно.

Схема с пусковым конденсатором

Идея заключается в том, что конденсатор включается в цепь только при пуске, используется пусковая кнопка, которая размыкает контакты после раскрутки ротора, по инерции он начинает вращаться. Магнитное поле основной обмотки поддерживает вращение длительное время. В качестве кратковременного переключателя ставят кнопки с группой контактов или реле.

Поскольку схема кратковременного подключения однофазного двигателя через конденсатор предусматривает кнопку на пружине, которая при отпускании размыкает контакты, это дает возможность экономить, провода пусковой обмотки делают тоньше. Чтобы исключить межвитковое короткое замыкание, используют термореле, которое при достижении критической температуры отключает дополнительную обмотку. В некоторых конструкциях ставят центробежный выключатель, который при достижении определенной скорости вращения размыкает контакты.

Схемы и конструкции регулировки скорости вращения и предотвращения перегрузок электродвигателя на автомате могут быть различны. Иногда центробежный выключатель устанавливается на валу ротора или на других элементах, вращающихся от него с прямым соединением, или через редуктор.

Под действием центробежных сил груз оттягивает пружины с контактной пластиной, при достижении установленной скорости вращения замыкает контакты, переключатель реле обесточивает двигатель или подает сигнал на другой механизм управления.

Бывают варианты, когда тепловое реле и центробежный выключатель устанавливаются в одной конструкции. В этом случае тепловое реле отключает двигатель при воздействии критической температуры или усилиями раздвигающегося груза центробежного выключателя.

В связи с особенностями характеристик асинхронного двигателя конденсатор в цепи дополнительной катушки искажает линии магнитного поля, от круглой формы до эллиптической, в результате этого потери мощности увеличиваются, снижается КПД. Пусковые характеристики остаются хорошие.

Схема с рабочим конденсатором

Отличие этой схемы в том, что конденсатор после пуска не отключается, и вторичная обмотка на протяжении всей работы импульсами своего магнитного поля раскручивает ротор. Мощность электродвигателя в этом случае значительно увеличивается, форму электромагнитного поля можно попытаться приблизить от эллиптической формы к круглой подбором емкости конденсатора. Но в этом случае момент пуска более продолжительный по времени, и пусковые токи больше. Сложность схемы заключается в том, что емкость конденсатора для выравнивания магнитного поля подбирается с учетом токовых нагрузок. Если они будут меняться, то и все параметры будут не постоянными, для стабильности формы линий магнитного поля можно установить несколько конденсаторов с различными емкостями. Если при изменении нагрузки включать соответствующую емкость, это улучшит рабочие характеристики, но существенно усложняет схему и процесс эксплуатации.

Комбинированная схема с двумя конденсаторами

Оптимальным вариантом для усреднения рабочих характеристик является схема с двумя конденсаторами — пусковым и рабочим.

Для расчета того, какие конденсаторы для запуска электродвигателя лучше использовать, применяется следующая формула:

• С = k х If : Uc,

• k – коэффициент, он отличается в зависимости от типа подключения, 4800 — треугольник и 2800 — звезда;
• If – ток стартера (указывается на двигателе);
• Uc – напряжение сети, в данном случае 220 вольт.

На выходе получается емкость, измеряемая в мкФ (одна миллионная часть Фарада). Рассчитать ее можно и другим способом, используя в качестве основного параметра мощность.

Каждые 100 Вт мощности двигателя соответствуют 7 мкФ. Следует не забывать о том, что на обмотку стартера должен поступать ток не выше, чем номинальный.

Конструкция и принцип работы

Подключают электродвигатель через конденсатор по причине, что одна обмотка на статоре электродвигателя на 220 В с переменным током создает магнитное поле, которое компенсирует свои импульсы за счет смены полярности с частотой 50 Гц. В этом случае движок гудит, ротор остается на месте. Для создания крутящего момента делают дополнительные подсоединения пусковых обмоток, где электрический сдвиг по фазе будет 90° по отношению к рабочей обмотке.

Не путайте геометрические понятия угла расположения с электрическим сдвигом фаз. В геометрическом измерении обмотки в статоре размещаются друг напротив друга.

Чтобы осуществить это технически, конструкция электромотора предусматривает большое количество механических деталей и составляющих электрической схемы:

• статор с основной и дополнительной обмоткой пуска;
• короткозамкнутый ротор;
• борно с группой контактов на панели;
• конденсаторы;
• центробежный выключатель и многие другие элементы, показанные выше на рисунке.

Рассмотрим, как подключить однофазный двигатель. С целью смещения фаз последовательно в пусковую обмотку включается конденсатор, при подключении однофазного асинхронного электродвигателя круговое магнитное поле наводит в роторе токи. Совокупность силы полей и токов создают вращающий импульс, прилагаемый к ротору, он начинает вращаться.

Отличия между ними

Они заключаются в их предназначении, ёмкости, способе присоединения, а также в условиях работы. Первое различие заключается в том, что рабочий (первый) конденсатор служит для сдвига фаз. В результате между обмотками появляется вращающееся магнитное поле, необходимое для приведения в движение мотора, находящегося без механической нагрузки. Такой электродвигатель стоит, например, в точильном станке.

Пусковой (второй) обеспечивает повышение стартового момента мотора, находящегося под механической нагрузкой, благодаря чему он более легко выходит на нужный режим. Ресурсов одного рабочего может не хватить, из-за чего ротор двигателя просто не начнёт вращаться. Применение оправдано вместе со станками, подъёмными механизмами, насосами и подобными тяжёлыми приспособлениями. А также можно использовать с более мощным трехфазным мотором, если рабочего не хватает для его надёжного запуска.

Ёмкость обоих конденсаторов также будет отличаться. Она прямо пропорциональна мощности электродвигателя и обратно — напряжению сети. В зависимости от схемы соединения обмоток вводится поправочный коэффициент. Ёмкость пускового может быть в два раза больше, чем у рабочего.

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.