КАК РАБОТАЕТ КОНДЕНСАТОР

Конденсатор — важнейший элемент в схемах управления электродвигателей. Он участвует в создании сдвига фаз, фильтрации шумов и стабилизации напряжения. В этой статье мы расскажем, как работает конденсатор, зачем конденсатор в однофазном двигателе и моторе с тремя фазами, о двух разных видах элементов и выборе подходящего для вашего устройства.

Напомним, что в “Первой редукторной компании” можно купить однофазный асинхронный электродвигатель от производителя по отличной цене. С доставкой и официальной гарантией на 12 месяцев.

О главном: что такое конденсаторы и из чего они состоят

Речь про электрический элемент, способный накапливать и отдавать энергию, быстро изменяя напряжение. Он устроен просто: две металлические пластины с разной полярностью, разделенные слоем диэлектрика. Пластины называются обкладками, а диэлектрик служит изолятором, предотвращающим утечку заряда.

Обкладки изготовлены из алюминия, меди или фольги. Чтобы увеличить площадь поверхности и ёмкость, они могут быть гладкими или свернутыми в рулон. Площадь этой части напрямую влияет на ёмкость конденсатора: чем она больше, тем больше энергии может накопить элемент.Диэлектрик не проводит электрический ток, но способствует накоплению заряда на обкладках. В зависимости от типа элемента используют:

• Бумагу - в бумажных, масляных и некоторых электролитических конденсаторах. Это старый, но всё ещё используемый вариант.
• Керамику - в компактных и маломощных устройствах.
• Пластик (полипропилен, полиэстер) - в плёночных конденсаторах, которые находят применение в широком диапазоне задач.
• Тантал, который обеспечивает высокую стабильность и компактность.
• Слюду, которая обеспечивает долговечность и стабильность в высокочастотных цепях.

Корпус чаще пластиковый. Высокомощные конденсаторы могут быть усилены металлом, иногда — стеклом для дополнительной изоляции.

О принципе работы конденсатора в электросхемах

Он заряжается, когда на его обкладки подаётся напряжение. На одной пластине скапливаются электроны (отрицательный заряд), на другой — их не хватает (положительный заряд). В этот момент между пластинами образуется электрическое поле. Это поле и есть та самая энергия, которую можно использовать.

Когда напряжение исчезает, накопленный заряд не пропадает сразу. Конденсатор постепенно разряжается, отдавая накопленную энергию в цепь. Это похоже на то, как вода, накопленная в резервуаре, начинает вытекать, когда открывается клапан.

Теперь представьте себе ситуацию, когда в сети происходит скачок напряжения. Конденсатор работает как буфер: он «гасит» лишний заряд и отдаёт его обратно, когда напряжение падает. Именно поэтому конденсаторы часто называют стабилизаторами.

Запуск электродвигателей: что делает конденсатор и зачем он нужен?

Управление запуском и подключение электродвигателя через конденсатор — частая практика.

Есть два основных типа конденсаторов для работы с моторами:

• Пусковые: используются для обеспечения стартового момента. После запуска они отключаются автоматически или вручную.
• Рабочие: остаются подключенными в течение всей работы мотора, поддерживая стабильность вращающегося магнитного поля.

Силовые агрегаты, особенно если мы говорим про эл. двигатель асинхронный, работают на переменном токе. Для их запуска и работы необходимо создать вращающееся магнитное поле. В трёхфазных моторах оно формируется естественным образом за счёт трёх фаз тока. Однако в большинстве домов и предприятий используется однофазная сеть, где такой фазовый сдвиг просто отсутствует.

Чтобы запустить устройство с одной фазой, нужно создать дополнительный импульс тока, который создаст фазовый сдвиг. Тут мы снова вспоминаем как работает пусковой конденсатор: он формирует этот импульс, «запуская» двигатель.

В момент подключения он создаёт фазовый сдвиг в токе вспомогательной обмотки. Это сдвиг формирует вращающееся магнитное поле, которое увеличивает пусковой момент. Конденсатор также временно увеличивает величину тока в цепи, накапливая и быстро высвобождая энергию, что способствует преодолению инерции ротора.

После старта он либо отключается (если это пусковая модель), либо продолжает поддерживать работу двигателя (если рабочая).

Но это не все. Есть и другие задачи, которые решает элемент.

Компенсация реактивной мощности

Конденсатор накапливает энергию в электрическом поле, а затем возвращает её в цепь в следующем полупериоде. Реактивная мощность двигателя обусловлена индуктивностью обмоток, которая потребляет энергию на создание магнитного поля. Конденсатор генерирует ток, который сдвинут по фазе на 90° вперёд относительно напряжения. Этот ток компенсирует индуктивный ток, уменьшая общий ток в цепи.

Поддержание стабильной работы двигателя

Мы упоминали конденсатор — для чего он нужен уже после запуска? Он обеспечивает фазовый сдвиг между током основной и вспомогательной обмоток. Это создаёт вращающееся магнитное поле, даже в однофазной сети. Конденсатор непрерывно заряжается и разряжается, поддерживая равномерное распределение энергии в обмотках, что исключает пульсации вращающего момента.

В некоторых случаях, для повышения эффективности работы двигателя, используются частотные регуляторы, которые позволяют гибко управлять скоростью вращения и минимизировать энергопотребление.

Обеспечение работы трёхфазных двигателей в однофазной сети

При отсутствии доступа к трёхфазной сети конденсаторы обеспечивают подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть: это временное решение для обеспечения работы оборудования, рассчитанного на питание от 360 В.

В 1-ф сети элемент накапливает энергию от основной фазы и высвобождает её с задержкой, создавая фазовый сдвиг в одной из обмоток. Этот сдвиг формирует искусственную третью фазу, позволяя 3-ф двигателю работать. Конденсатор по сути замыкает цепь для тока, который компенсирует отсутствие третьей линии питания.

Изменение направления вращения ротора

Еще принцип действия конденсатора используют в схемах, где необходимо менять направление вращения ротора. Переключая подключение конденсатора между фазой и нулём, можно изменять направление вращения. Это особенно актуально для оборудования, которое требует реверсивной работы (например, станков или подъёмников).

Снижение тепловой нагрузки на обмотки

Конденсатор уменьшает общий ток в цепи, компенсируя реактивную мощность. Это снижает потери на нагрев обмоток, так как тепловыделение пропорционально квадрату протекающего тока. Таким образом, обмотки нагреваются меньше, что предотвращает их перегрузку.

Улучшение характеристик при работе с нагрузкой

Во время работы двигателя конденсатор, принцип работы которого основан на накоплении избытка энергии при повышении нагрузки и возвращении её в моменты провалов, стабилизирует ток в обмотках двигателя. Это сглаживает изменения магнитного поля, предотвращая рывки в работе ротора и снижая механические нагрузки.

Обеспечение работы в нестабильных сетях

При скачках напряжения он действует как фильтр. Быстро накапливает энергию при повышении напряжения и отдаёт её при понижении, сглаживая изменения тока. Это защищает обмотки от резких перегрузок и обеспечивает стабильность магнитного поля.

Создание дополнительных функциональных возможностей

В сложных схемах элемент используется для формирования временных фазовых сдвигов, ограничения бросков тока или накопления энергии. Эти процессы происходят за счёт циклического заряда и разряда конденсатора, который адаптирует характеристики цепи под конкретные задачи, например, для плавного пуска или регулировки скорости.

Поломка конденсатора

Вот как проверить, работает ли конденсатор в схеме мотора:

1. Проверьте корпус элемента на наличие вздутий, трещин, подтеков электролита или обугливания. Если есть повреждения, он неисправен и требует замены.
2. Установите мультиметр в режим измерения емкости, подключите щупы к выводам конденсатора и сравните измеренное значение с номиналом на корпусе. Если разница превышает 20%, конденсатор неисправен.
3. Установите мультиметр в режим измерения сопротивления, подключите щупы к выводам и наблюдайте за изменением показаний. Если сопротивление сначала маленькое, а потом увеличивается до бесконечности, конденсатор работает. Если этого не происходит, он неисправен.
4. Подключите его к источнику постоянного тока через лампу накаливания. После зарядки отключите питание, и замкните выводы конденсатора отверткой с изолированной ручкой. Если видна искра, он заряжается и разряжается корректно.
5. Подключите тестер к выводам конденсатора и измерьте электроемкость. Сравните результат с номинальным значением.

Проверьте, как конденсатор работает в этих условиях, если мотор перестал запускаться или теряет мощность, нагревается сильнее обычного или издает необычные звуки (гул, вибрации). Также проверка требуется при подозрении на повреждения из-за скачков напряжения, старения или внешних факторов, таких как механическое воздействие или воздействие влаги.

Мы рассказали о том, как работает как работает слюдяной конденсатор, или элемент с любым другим диэлектриком. Если остались вопросы — звоните в “ПРК”. Менеджеры с удовольствием на них ответят.