Як підібрати конденсатор для електродвигуна

Що потрібно знати перед підключенням двигуна через конденсатор.

Підключення асинхронних двигунів через конденсатор — тема, з якою стикаються всі, хто має справу з насосами, вентиляторами, компресорами, верстатами та іншою технікою. Через помилки у підборі пристрою мотор не запускається, гріється, вібрує або виходить з ладу. У статті розберемо як підібрати конденсатор для електродвигуна правильно: з розрахунками та прикладами.

Навіщо двигуну конденсатор

Двигуни бувають однофазні та трифазні. Типові трифазні асинхронні електродвигуни, розраховані на підключення до мережі 380 В. Вони легко стартують і стабільно працюють — всередині мережі створюється природне магнітне поле, що обертається. У звичайній побутовій мережі 220 такого поля немає. Магнітне поле тільки пульсує сюди-туди, і ротор мотора в такому полі обертатися сам по собі не буде.

Щоб створити обертальне магнітне поле з однієї фази, підключають фазозсувний елемент. Він зрушує фазу струму на одну з обмоток — двигун починає крутитися. Без додаткового обладнання однофазний двигун просто гуде і залишається на місці. Виникає нове завдання — підбір конденсаторів для електродвигуна з урахуванням потужності двигуна, характеру навантаження та частоти пусків.

Іноді виникає потреба виконати запуск трифазного двигуна через конденсатор — на дачі, у гаражі, приватних майстернях, де трифазного живлення немає, а обладнання хочеться використати. Трифазний двигун можна змусити працювати від однієї фази. Суть підключення проста: живлення подається на дві обмотки, а на третю — через робочий конденсатор. Так вдається "обдурити" систему, створюючи імітацію трифазного живлення.

Більше про те, що таке 3-фазний мотор читайте у великій статті у блозі “Першої редукторної компанії”.

Важливо розуміти: двигун при запуску від однієї фази втрачає приблизно 30-40% потужності. Коли вирішуєте, як підібрати конденсатор для трифазного електродвигуна, обов'язково враховуйте цю втрату. Мотор не зможе тягнути важке навантаження так само впевнено, як при трьох нормальних фазах.

При адаптації трифазного мотора під однофазну мережу іноді доводиться не тільки перерахувати місткість конденсаторів, але й вирішувати завдання з механічного сполучення двигуна з навантаженням. Наприклад, якщо після зміни схеми підключення потрібно замінити двигун на модель з іншим діаметром валу, зручно використовувати спеціальні перехідні втулки на вал електродвигунів: вони дозволяють швидко підігнати новий двигун під наявну муфту або шків без складних переробок.

Які потрібні конденсатори?

Є два типи:

• Пусковий використовується для старту двигуна. Він допомагає створити високий пусковий момент і зазвичай працює тільки протягом декількох секунд. Після того, як мотор розганяється, він вимикається.
• Робочий використовується для підтримки стабільної роботи електроагрегата. Він залишається в ланцюзі постійно і забезпечує правильний розподіл фаз для ефективної роботи протягом усього циклу.

Але скільки потрібно конденсаторів для двигуна: один чи обидва? У легких умовах достатньо одного робочого. У важких — потрібна зв'язка з робочого і пускового, причому другий повинен вимикатися через реле або відцентровий вимикач після запуску. Помилки тут дорого коштують. Якщо залишити пусковий елемент підключеним, електромашина грітиметься, споживатиме зайвий струм і швидко вийде з ладу.

Вибираємо робочий конденсатор для звичайного двигуна

Переходимо до практики. Розберемося з тим, як підібрати конденсатор для однофазного електродвигуна: спочатку беремо дані про потужність двигуна в кіловатах і характер навантаження.

• Якщо навантаження легке (напр., вентилятор), беруть приблизно 45–50 мікрофарад на 1 кВт.
• При тяжкому навантаженні (насос або компресор) - вже 60-70 мікрофарад на кВт.

Розберемо як підібрати робочий конденсатор для електродвигуна умовного насоса. У нього – однофазний електродвигун потужністю 1,5 кВт, який працює з важким навантаженням. Якщо для важких навантажень беремо 60-70 мікрофарад на 1 кВт, то для 1,5 кВт потрібно фазозсувний елемент місткістю 90-105 мікрофарад. При цьому він повинен бути розрахований на робочу напругу 450 В змінного струму, оскільки насоси та компресори зазвичай працюють за такої напруги.

Як підключають трифазний електродвигун до однієї фази через конденсатори

Ще раз нагадаємо, що при такому підключенні втрачається 30-40% потужності, а ККД електромашини падає: 1,5-кіловатний агрегат фактично віддасть близько 1 кВт. Однак при правильному підборі конденсатора для двигуна працюватиме досить ефективно.

У процесі підключення асинхронного двигуна до однофазної мережі розрахунок ємності ведуть із реальної потужності агрегату.

• Для двигуна 1,5 кВт - 90-100 мкФ.
• Для двигуна 2,2 кВт - 130-150 мкФ.

Пусковий конденсатор у таких схемах потрібен обов'язково, якщо пускове навантаження велике. Це характерно для моторів, які мають важке механічне навантаження одразу після включення (насоси, компресори, ліфти або великі вентилятори). А ще для черв'ячних двоступеневих мотор-редукторів, які мають високий пусковий момент через тертя в редукторі, що збільшує навантаження на двигун відразу після включення.

Про те, як підібрати конденсатор для пуску електродвигуна: його місткість зазвичай у 2-3 рази більша за місткість робочого. Наприклад, якщо робочий – 50 мкФ, пусковий буде – 100–150 мкФ.

Перевіряємо результат на практиці

Коли первинний розрахунок зроблено, пристрій вибрано і встановлено, в цеху варто уточнити його фактичну придатність під конкретні умови. Важливо зрозуміти, чи правильні ви розрахували, який конденсатор потрібен для електродвигуна, чи працює мотор у нормальному режимі, і чи є відхилення.

Як перевірити?

Після запуску йому дають попрацювати 10-15 хвилин у звичайному режимі під реальним навантаженням (насос качає воду, вентилятор крутить повітря).

Протягом цього часу роблять дві перевірки:

1. Вимірюють робочий струм двигуна. Для цього використовують звичайні струмові кліщі. Потрібно порівняти вимірюваний струм із номінальним струмом, вказаним на шильдику.
2. Контролюють температуру корпусу. Рукою або пірометром. Він має бути теплим, але не гарячим (зазвичай близько 60°C). Якщо мотор стає гарячим за 10-15 хвилин — це тривожний знак.

Якщо струм споживання близький до номінального (±10%) і машина гріється помірно, значить, розрахункова місткість підібрана правильно.

Якщо струм вищий за норму, мотор перегрівається — це може означати, що конденсатор занадто великий, створює занадто сильний фазовий зсув, агрегат перевантажується.

Якщо струм нижче за норму, потужності явно не вистачає (наприклад, не тягне насос) — можливо, місткість занадто маленька, фазовий зсув недостатній.

Що робити далі?

Якщо потрібно, згадуємо, як правильно вибрати конденсатор для електродвигуна, і міняємо куплений на трохи менший або трохи більший за місткістю. Підібрати потрібно так, щоб струм був максимально близький до номінального, а двигун працював стійко і без перегріву.

Робота над помилками, яких часто припускаються клієнти “Першої редукторної компанії”

Навіть під час виконання первинних розрахунків помилок уникнути складно, якщо немає практичного досвіду. Розглянемо основні промахи, які трапляються на практиці.

Помилка 1. Підбір конденсатора лише за потужністю без урахування характеру навантаження

Приклад:

• Вентилятор запускається легко, а насос із великим стовпом води вимагає набагато більшого пускового моменту.
  
  
• За однакової потужності двигуна для вентилятора підійде 45 мкФ/кВт, а для насоса — мінімум 65 мкФ/кВт.

Якщо навантаження велике, відразу вибирайте верхню межу розрахункової місткості або додатково ставте пусковик.

Помилка 2. Ігнорування умов експлуатації

Конденсатор вибирають за місткістю та напругою, але не дивляться на температурний діапазон роботи та клас стійкості до вібрацій. Наприклад, він розрахований на +60°C, а двигун встановлений у погано вентильованому приміщенні, де температура влітку досягає +50°C. В результаті апарат деградує за лічені місяці, а двигун виходить з ладу через погіршення фазового зсуву. При виборі пристрою орієнтуйтеся на реальні умови, звертайте увагу на маркування стійкості до вібрацій і стрибків напруги.

Помилка 3. Спроба економити на "трохи меншій місткості"

Припустимо, ви знаєте, як підібрати пусковий конденсатор для електродвигуна, зробили розрахунки, але купили модель меншої місткості (наприклад, на 50 мкФ замість необхідних 70 мкФ), оскільки вона дешевша.

У результаті:

• Двигун не запускається, або запускається із затримкою та вібрацією.
• Потужність на валу знижується, агрегат гріється.

Висновок: коригуйте місткість після дослідної перевірки, але первинний підбір має бути в розрахункових межах.

Якщо залишилися питання – дзвоніть. Менеджери “ПРК” вас проконсультують та допоможуть розрахувати місткість конденсатора за потреби.