Конденсаторы для запуска электродвигателя: какие нужны, как подключить

• 22 Января, 2021
• Инструменты и оборудование
• Юлия Толок

В быту часто возникает такая ситуация, когда необходимо подключить электродвигатель, но нет нужного источника питания. Тогда требуется использование другого типа напряжения. Обычно это происходит, если двигатель нужно подсоединить к стороннему оборудованию (токарному станку, самодельному устройству). Для этой цели применяют конденсаторы. Они бывают нескольких видов, поэтому необходимо иметь хотя бы базовое понятие о том, какие конденсаторы для запуска электродвигателя использовать в каждом конкретном случае.

Что собой представляет конденсатор

Конденсатор - это радиоэлемент, состоящий из двух пластин, между которыми расположен диэлектрик. Его основная цель - создать буфер между пластинами для накопления заряда. Конденсаторы бывают трех видов:

1. Полярные. Используются в системах постоянного тока. Это электролитические конденсаторы, которые вследствие своего особого строения имеют полярность. Для подключения к источникам переменного тока не очень подходят из-за разрушения слоя диэлектрика с выделением большого количества тепла, что иногда даже приводит к взрывам.
2. Неполярные. Предназначены для использования в обоих типах цепей.
3. Электролитические. К этой категории относятся только неполярные конденсаторы такого типа. У них в роли обкладки выступает оксидная пленка. Оптимальный вариант для низкочастотных двигателей благодаря высокой возможной емкости.

Каждый тип двигателей имеет свои особенности подбора конденсатора. Это определяет и какой емкости нужен конденсатор для запуска двигателя, какого номинального напряжения и какого типа.

Подключение однофазного двигателя

Для подключения асинхронного двигателя в однофазную цепь обычно используется напряжение 220 В. Но для запуска необходимо создать вращательный момент смещения ротора. С этой целью применяется пусковая обмотка, которая является дополнительной и функционирует только при запуске. На ней при помощи конденсатора задается смещение фазы.

Емкость выбирается по следующему принципу. Общая емкость (рабочая и пусковая) на 100 Вт мощности составляет приблизительно 1 мкФ. Если необходимо подобрать конденсаторы для запуска электродвигателя мощностью 1,5 кВт, то ее достаточно легко рассчитать: 1,5 х 1000 : 100 х 1 = 15 мкФ. Таким образом, чтобы подключить однофазный асинхронный двигатель мощностью 1,5 кВт, необходимо использовать рабочий и пусковой конденсатор общей емкостью 15 мкФ.

Подобные двигатели имеют несколько режимов работы:

• Подключаемая дополнительная обмотка к пусковому конденсатору. Емкость подбирается из соображений 70 мкФ на киловатт мощности.
• Дополнительная обмотка, задействована на всем периоде работы совместно с рабочим конденсатором, емкость около 30 мкФ.
• Подключение двух типов конденсаторов одновременно.

Трехфазный двигатель

При подключении трехфазного двигателя используется рабочий конденсатор.

Чтобы правильно подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя, в первую очередь следует рассчитать его минимальную емкость.

Методы расчета емкости

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

• С = k х If : Uc,

где:

• 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.

Пример расчета емкости

Таким образом, чтобы понять, какие конденсаторы для запуска электродвигателя 2,2 кВт оптимальны, нужно произвести расчет: 2,2 х 1000 : 100 х 7 = 154 мкФ. Можно подобрать похожий по емкости (150 мкФ) или использовать несколько.

Если мощность двигателя будет, скажем, 1 кВт, то расчет будет выглядеть следующим образом: 1 х 1000 : 100 х 7 = 70 мкФ.

Подключение двух конденсаторов для трехфазного двигателя

Для запуска двигателя в нагруженном состоянии требуется добавление пускового конденсатора. Он осуществляет работу в первые несколько секунд во время пуска и прекращает работать при выходе ротора на рабочий режим (частоту оборотов). Чтобы подобрать конденсатор для двигателя в этом случае, следует знать, что его расчетное напряжение превышает таковое у рабочего конденсатора в 1,5 раза, емкость - в 2,5-3 раза.

Допускается подключение более одного конденсатора. Если подключать их параллельно, то емкость будет увеличиваться, что удобно для расчетов.

После включения двигателя первые разы необходимо обязательно проследить за его работой. Он не должен слишком нагреваться. Если непонятно, какие конденсаторы для электродвигателя использовать в этом случае, то верный ответ - с меньшей емкостью. Рабочее напряжение составляет не менее 450 В. Чтобы двигатель работал эффективно, необходимо не только правильно определить все параметры используемого конденсатора, но и учесть условия его нагрузки или работы.

Отличия пускового и рабочего конденсатора

Пусковой конденсатор нужен для запуска двигателя, поэтому работает короткое время в начале, после чего отключается, тогда как мотор продолжает работать (в обмотке создается сдвиг фаз). Следовательно, время, когда пусковой конденсатор задействован, составляет около 3 секунд, так как за более продолжительный период он может сильно нагреться и привести к замыканию в цепи двигателя, за чем непременно последует выход из строя элементов схемы.

Такой вид конденсатора используется на электродвигателях, схема подключения которых предусматривает этот режим запуска. Для остальных двигателей он тоже может использоваться, если в момент запуска на валу создается повышенная нагрузка, которая не дает ротору свободно вращаться.

Рабочий конденсатор задает сдвиг фаз для постоянной работы двигателя, поэтому рассчитывается с учетом более продолжительной работы. Во время смены фаз цикла на конденсаторе появляется напряжение, превышающее напряжение питания. Это происходит из-за того, что им совместно с обмоткой создается колебательный контур. Последнее также важно учитывать.

Сравнение конденсаторов обоих типов

Рабочий и пусковой конденсаторы имеют такие отличия:

• Использование в различных цепях подключения: рабочей и пусковой.
• Рабочим конденсатором генерируется электромагнитное поле для основного цикла работы двигателя, пусковым задается сдвиг фаз между двумя обмотками - рабочей и дополнительной - в начале работы.
• Первый подключается последовательно вспомогательной обмотке, второй - параллельно основной.
• Рабочий конденсатор задействован все время, пока двигатель включен, пусковой только на старте до момента его выхода на постоянный режим.
• Как уже было отмечено, принцип подбора емкости также отличается. Каждые 100 Вт соответствуют 7 мкФ для рабочего конденсатора и 13-17 мкФ для пускового. Отличается и коэффициент повышения предельно допустимого напряжения по сравнению с номинальным: для рабочего - 1,15, пускового - 2-2,5.

Эти правила помогают хотя бы приблизительно понять, какой конденсатор нужен для запуска электродвигателя.

Принципы подключения

С точки зрения безопасности рекомендуется соблюдать такие правила:

• Каждый раз после выключения двигателя разряжать конденсатор. Накопленный им заряд может привести к выходу из строя схемы. В некоторых конденсаторах может быть встроен разрядный резистор, который подбирается с учетом того, чтобы полностью его разрядить через 50 секунд после отключения питания.
• Токоведущие части необходимо изолировать, чтобы не прикоснуться к ним случайно.
• Корпус конденсатора должен быть надежно закреплен, чтобы не сместился в процессе работы.

Если есть сомнения в способности подобрать правильно конденсаторы для запуска электродвигателя и самостоятельно подключить устройство, то рекомендуется обращаться за помощью к специалисту.

Иногда может возникнуть вопрос, какой конденсатор нужен для двигателя постоянного тока. Дело в том, что подобные двигатели не нуждаются в емкостных элементах в цепи. Но конденсаторы там также могут использоваться, их ставят на щеточный механизм для устранения помех. Они имеют совершенно другой принцип работы.

Проверка работоспособности конденсаторов

Для проверки конденсаторов применяют измеритель емкости. Он может быть выполнен как в виде отдельного прибора, так и быть в составе мультиметра (тестера). Проще рассмотреть вариант проверки с мультиметром:

• в первую очередь необходимо обесточить конденсатор;
• далее разрядить его, закоротив выводы;
• снять одну из клемм;
• переключить мультиметр в режим измерения емкости конденсаторов;
• присоединить щупы к выводам конденсатора;
• считать с экрана показатель емкости.

Режим измерения емкости на мультиметре может изображаться по-разному. В большинстве имеются специальные гнезда Fcx.

Перед началом проверки конденсатора рекомендуется вручную (или автоматически, в зависимости от модели) переключить предел измеряемой емкости. Как правило, максимальное значение составляет 100 мкФ, чего в большинстве случаев достаточно. Существуют и другие приборы, позволяющие измерять емкость. Они выполняются в виде щупов, пинцетов или оснащаются специальными разъемами.

Важно понимать, что номинал, указанный на корпусе конденсатора, должен соответствовать измеряемому значению. Если это не так, то его следует заменить.

Замена и подбор конденсатора

Если есть конденсатор, аналогичный сгоревшему, то его достаточно просто установить на место старого. Полярность здесь роли не играет.

Многие не знают, какие конденсаторы для запуска электродвигателя использовать нельзя. Конденсаторы с указанием полярности (электролитические) использовать запрещается. Они термически разрушаются при применении в таких схемах. Как правило, для этой цели существуют специальные, которые предназначены для работы с переменным током и не имеют полярности, а также обладают специальным креплением и клеммами для быстрого монтажа.

Если нужного номинала нет, то проще всего подключить несколько конденсаторов. Делать это необходимо параллельно, так как при таком типе соединения емкость будет суммарной. При этом максимальное напряжение, на работу с которым они рассчитаны, не увеличивается. Такая схема подключения полностью соответствует монтажу конденсатора большей емкости.