Конденсатор в электродвигателе: что это такое и для чего он нужен

Асинхронные моторы активно используются в быту и на производстве. При запуске в некоторых случаях для них может не хватить крутящего момента. Чтобы решить эту проблему, используется пусковая цепь с особым образом подобранным конденсатором. Чтобы правильно его выбрать и использовать, нужно знать, зачем нужен конденсатор в электродвигателе и как правильно определить его характеристики.

Что такое пусковой конденсатор

Когда электродвигатель находится в рабочем режиме, его движение обеспечивается обмотками. Однако, когда в момент старта нужно начать вращение, обычных усилий двигателя недостаточно. Без использования дополнительных средств он только начнёт слегка подрагивать.

Обычно одним из элементов двигателя является рабочий конденсатор. Он накапливает заряд, который способен превышать рабочее напряжение, а затем отдаёт его в нужный момент. Однако для пуска его работы недостаточно. Для этого необходимо параллельно подключить ещё один конденсатор, который называют пусковым.

Его запускают на короткое время, которое не превышает нескольких секунд. Иногда это делают при помощи кратковременного нажатия пусковой кнопки, а иногда выключение производят автоматически после того, как двигатель стал набирать обороты.

Использование пускового конденсатора особенно важно в тех случаях, когда двигатель нужно запустить под нагрузкой. В этом случае потребуется увеличить стартовый момент в течение первых секунд работы.

В некоторых случаях двигатель запускают с незначительной нагрузкой. В таком случае пусковой конденсатор может не потребоваться. Это применяется для двигателей, мощность которых не превышает 1 квт. Отказ от его использования позволит упростить схему и снизить затраты. Иногда нагрузка может быть связана с особенностями конструкции. В таком случае можно принять меры для её снижения, что облегчит запуск двигателя в дальнейшем.

Что такое конденсатор

Эта деталь содержит две металлических пластины, между которыми находится слой диэлектрика. Когда к пластинам подключают напряжение, на них накапливается заряд. Электрическое находится внутри конденсатора. Оно тем сильнее, чем больший заряд находится на пластинах.

Если отсоединить напряжение от пластин, то конденсатор начинает отдавать заряд. Если используется переменный ток, то полярность напряжения будет периодически меняться. При этом на пластинах будет попеременно то положительный, то отрицательный заряд.

Ёмкость конденсатора является его важнейшей характеристикой. Она характеризует то, сколько энергии он способен пропустить через себя. Её измеряют в фарадах. Поскольку речь идёт об очень большой величине, обычно применяются приставки, которые обозначают, насколько небольшая часть используется. Чаще всего используются микрофарады (такая единицы равны 0,000001 фарады).

Для каждого конденсатора существует номинальное напряжение. При нём эта деталь способна долго и надёжно работать. Обязательно указывается предельная величина наработки, которая выражается в количестве часов.

Существуют различные типы конденсаторов:

• Полярные рассчитаны на использование в цепях постоянного тока. Важной особенностью является необходимость подключения в соответствии с указанной на них полярностью. Они обычно имеют небольшие размеры и относительно большую ёмкость.
• Неполярные могут подключаться независимо от полярности. Их используют в цепях переменного тока. У них размеры больше, чем у полярных.
• Электролитические. В них в качестве пластин используются листы фольги, а диэлектриком является тонкий слой окисла.

Для использования в качестве пускового конденсатора лучше всего подходят электролитические. Их часто используют при частоте переменного тока 50 Гц и напряжении 220-600 вольт. Конденсаторы могут иметь достаточно высокую ёмкость она может составлять сотни тысяч микрофарад.

Эти детали имеют высокую уязвимость к действию перегрева. При нарушении теплового режима они быстро выходят из строя. Неполярные конденсаторы не имеют этого недостатка, однако стоят в несколько раз дороже.

При параллельном подключении ёмкости складываются. В том случае, когда её не хватает, для увеличения можно параллельно подключить дополнительную деталь. В этой ситуации нет необходимости заново собирать пусковую цепь.

Применяются также другие типы конденсаторов. Например, это могут быть вакуумные, жидкостные, газовые и другие. Однако в качестве пусковых конденсаторов их не используют.

Иногда тот конденсатор, который имеется в конструкции, не справляется с запуском. В таком случае его рекомендуется удалить, а вместо него поставить тот, который имеет большую ёмкость. Для маломощных двигателей допустимо, чтобы один конденсатор выполнял функции рабочего и пускового.

Использование полярных конденсаторов в условиях переменного напряжения возможно тогда, когда подключение выполнено через диод. Теперь полярность контактов изменяться не будет. Однако если диод будет неисправен, то деталь выйдет из строя.

Использование асинхронных двигателей

Трёхфазные и однофазные двигатели асинхронного типа активно используются в различных отраслях хозяйства. Для этого имеется несколько причин:

• Простота конструкции.
• Надёжность и долговечность при использовании.
• Для того чтобы запустить мотор, нет необходимости использовать дорогие и дефицитные устройства.
• Мотор не требует слишком частого проведения технического обслуживания.

По внешнему виду можно легко отличить трёхфазные двигатели от однофазных. У первых всегда имеется 6 клемм, а у вторых их количество равно двум или четырём.

У трёхфазных моторов обмотки подключаются двумя способами: звездой или треугольником. Они предполагают использование напряжения, составляющего 380 вольт. Однако в быту оно применяется редко. Чтобы использовать такой мотор, нужно знать, как его правильно подключать.

Это делают с использованием фазосдвигающего конденсатора. Это позволит использовать трёхфазные двигатели при подключении к однофазной сети. В этом случае мощность мотора будет равна 50%-60% от номинальной.

Оптимальность работы трёхфазного двигателя обеспечивается при условии применения переменной ёмкости. Чтобы так сделать, на первом этапе применяют рабочий и пусковой конденсаторы, а на втором — только первый из них.

В быту часто применяются асинхронные однофазные двигатели. Для запуска обычно требуется дополнительная обмотка.

При выборе ёмкости конденсатора необходимо учитывать то, как зависит от неё величина пускового момента. При увеличении этой характеристики, происходит увеличение усилия. При определённом значении оно становится максимальным. После дальнейшего увеличения пусковой момент станет падать.

Какие характеристики учитывают при выборе

Установка конденсатора должна быть сделана строго по соответствующим правилам. Его выбор производится на основе следующей информации:

• Тип двигателя (однофазный или трёхфазный) и способ соединения обмоток (треугольником или звездой).
• Используемая сеть электропитания. В бытовых условиях чаще всего можно встретить 220 в. Также используется напряжение питания 380 в при условии, что сеть трёхфазная. Последний вариант часто применяется в промышленных условиях.
• Мощность двигателя.
• Коэффициент мощности в большинстве случаев равен 0,9.
• Коэффициент полезного действия электродвигателя.

Эти данные можно получить из инструкции по эксплуатации электродвигателя. Данные электросети должны быть доступны из других источников. Для вычислений можно воспользоваться онлайн калькулятором или сделать расчёты самостоятельно.

Существуют дополнительные параметры, которые также необходимо принять во внимание:

• Допустимое отклонение от расчётного значения.
• Температурный диапазон, в котором должно происходить работа детали. Для некоторых разновидностей выход за его пределы может привести к поломке.
• Уровень сопротивления используемого диэлектрика.
• Тангенс угла потерь.

Эти параметры не имеют решающего значения. Поэтому о них часто забывают. Однако, чем тщательнее подобран пусковой конденсатор, тем надёжнее и долговечнее будет происходить работа мотора.

Дополнительно нужно обратить внимание на размер и расположение детали. Обычно с увеличением ёмкости увеличиваются размеры детали. Иногда может быть выбор между марками различных производителей. Нужно выбирать те, которые выпускают более качественные и надёжные детали.

Как выбрать пусковой конденсатор

Чтобы он работал наиболее эффективно, нужно правильно подобрать ёмкость. Для её вычисления используются различные формулы, в зависимости от способа соединения обмоток. Вычисления выполняются следующим образом:

• Нужно определить рабочие ток и напряжение работы двигателя. При проведении вычислений для них применяются обозначения I и U. Величину тока берут из инструкции по эксплуатации для мотора, а в качестве U берут то, которое обеспечивается питающим напряжением.
• Ёмкость определяют по формуле C = (K х I) / U.

Если соединение обмоток выполнено треугольником, используется K = 4800, а при соединении звездой должно быть K = 2800. Результат вычислений представляет собой ёмкость, выраженную в микрофарадах.

При расчётах нужно учитывать номинальный ток. Речь идёт о максимально допустимом рабочем токе в условиях, когда работа двигателя происходит в нормальном режиме. Практически его величина зависит от имеющейся нагрузки. Если её нет, то значение будет минимальным.

Это значение называют током холостого хода. Оно фактически является компенсацией потерь, связанных с потерями энергии в обмотках, диэлектриками, трением и другими аналогичными причинами.

Если постепенно увеличивать нагрузку, то ток будет расти. Затем он достигнет номинального значения. При последующем росте ток будет расти по-прежнему, но обороты начнут падать. Длительное пребывание в этом режиме приведёт к повышенному износу оборудования и к вероятной поломке.

Определить номинальный ток можно не только из инструкции по эксплуатации, но и измерить самостоятельно. В последнем случае его величина будет определена более точно. Такое измерение можно провести следующим образом:

• Отключают конденсаторы.
• Запускают мотор в рабочем режиме.
• При помощи токоизмерительных клещей определяют силу тока.

На основе полученного значения определяют требуемую ёмкость. Затем приобретают нужную деталь и устанавливают её. При этом допускается отклонение от расчётной величины не более, чем на 15%.

При подключении однофазного мотора ёмкость рабочего конденсатора определяют следующим образом. Нужно на каждые 100 ватт номинальной мощности взять по 7 микрофарад. Для пускового ёмкость выбирают в 2-3 раза больше. Однофазные асинхронные моторы часто используются в домашней бытовой технике.

Для этой цели обычно выбирают конденсаторы следующих конструкций:

• металлобумажные, высокочастотные, которые имеют обозначение МБГЧ;
• термостойкие бумажного типа относящиеся к разновидности БГТ;
• бумажные в герметичном металлическом корпусе — КБГ-МН.

Если необходимо обеспечить вращение двигателя в обратном направлении, то потребуется изменить подсоединение к конденсатору. Для этого будет достаточно просто поменять местами клеммы. Если речь идёт о замене уже существующей детали, то удобней всего выбрать её с теми же характеристиками, что и раньше.

В качестве рабочего необходимо использовать неполярный конденсатор, предназначенный для использования с переменным током. Это связано с тем, что в процессе работы будет постоянно меняться полярность. Однако в качестве пускового допустимо использования полярного. Для того, чтобы предотвратить изменение знака напряжения, необходимо подключить эту деталь через диод.

Проверка при установке

После того, как был выбран подходящий пусковой конденсатор, его необходимо проверить. Для этого необходимо выполнить следующие действия:

• Сначала необходимо от электромотора отключить питание.
• Нужно обесточить конденсатор, поскольку на нём мог сохраниться остаточный заряд. Для этого требуется закоротить его обмотки.
• Теперь нужно снять одну из клемм и подключить прибор для измерения ёмкости.
• Щупы подключают к выводам конденсатора. После этого измерительный прибор покажет точное значение ёмкости.

При использовании мультиметра предварительно нужно установить главный переключатель в режим измерения ёмкости.

При проведении расчётов можно использовать упрощённый вариант. Известно, что пусковой ток может превышать номинальный в 3-8 раз. Поэтому можно просто использовать ёмкость в 2-3 раза большую, чем у рабочего конденсатора. Если ёмкости для запуска недостаточно, достаточно просто взять более подходящий конденсатор.

Разница между пусковым и рабочим конденсаторами

Чтобы лучше понимать, для чего нужен пусковой конденсатор, каковы особенности их применения, нужно знать об их различиях. Основными являются следующие:

• У них различное место установки. Рабочий является частью цепи рабочих обмоток двигателя. Пусковой представляет собой часть цепи запуска мотора.
• Конденсаторы различаются тем, когда именно они должны работать. Пусковой включён в цепь в течение первых нескольких секунд после запуска. Затем его отключают в ручном ли автоматическом режиме. Рабочий выполняет свои функции в течение всего того времени, пока работает двигатель.
• У каждого из них имеются свои функции. Пусковой обеспечивает сдвиг фаз между обмотками для обеспечения основного усилия при первоначальном запуске мотора. Рабочий обеспечивает вращение фаз, необходимое для нормальной работы электромотора.
• Для каждого типа конденсаторов различаются требования по рабочему напряжению. Пусковой должен быть рассчитан на такое, которое превышает питающее в 2-3 раза. Рабочий должен быть рассчитан на такое, которое больше поступающего в 1,15 раза.

В обоих случаях чаще всего используют конденсаторы типов МБГО, МБГЧ.

Как влияет величина нагрузки на выбор конденсаторов

Если деталь выбрана в соответствии с приведёнными здесь расчётами, то она хорошо подойдёт при равномерной нагрузке. Примером такой ситуации является работа вентилятора.

Если нагрузка меняется, то в этом случае можно воспользоваться следующей хитростью. Например, можно рассматривать циркулярную пилу, с помощью которой распиливают доски и брёвна. В первом случае очевидно, что нагрузка меньше, а во втором — больше.

Например, если были произведены расчёты по номинальному току и получена ёмкость, равная 10 мкф, то нужно использовать такой рабочий конденсатор при распиливании досок. Для работы с брёвнами его скорее всего будет недостаточно. В этом случае при выполнении работы подключают две таких детали параллельно.

Если этого не сделать, двигатель потеряет мощность. В результате он станет перегреваться и для работы на нём потребуется делать перерывы, чтобы дать мотору остыть.

Наиболее распространённые в России модели

Чаще всего можно встретить в продаже следующие марки:

• Конденсаторы марки СВВ-60 с исполнением в металлизированном полипропиленовом варианте. Они отличаются сравнительно высокой ценой.
• Плёночные марки HTC обладают достаточно высоким уровнем качества, но стоят немного меньше, чем СВВ-60.
• Э92 представляют собой бюджетный вариант пусковых конденсаторов. Они имеют относительно невысокую цену, но в качестве и надёжности уступают предыдущим двум вариантам.

Существует также ряд других моделей, но они распространены в меньшей степени.

Советы по использованию

Определение необходимых характеристик и выбор модели требуют обычно значительных усилий. В связи с этим имеет смысл принять во внимание несколько советов:

• Обязательным является использование пускового конденсатора при работе с моторами большой мощности или в тех случаях, когда приходится запускать вращение вала с нагрузкой.
• Двигатели мощностью меньше 1 квт обычно могут работать без использования пускового конденсатора. Такие моторы часто используются в бытовой технике.

Выполняя подключение пусковой цепи нужно тщательно выполнять все необходимые правила. Ошибка может привести к возникновению поломки или аварийной ситуации.

Заключение

Конденсаторное пусковое подключение полезно использовать в тех случаях, когда мотор находится под нагрузкой и для его запуска требуется значительное усилие. Пусковой конденсатор также полезен при подключении трёхфазного мотора к однофазной электросети. Его ёмкость должна быть рассчитана на основе номинального тока и напряжения сети. Если величина недостаточно, нужно поменять конденсатор тот, который имеет большую мощность.