So wählen und berechnen Sie die Kapazität eines Kondensators für einen Drehstrommotor

Der Anschluss von Leistungsgeräten an ein Einphasennetz (220 V) erfolgt meistens nach der kapazitiven Methode. In diesem Fall müssen Sie wissen, wie Sie Kondensatoren für einen Drehstrommotor auswählen, von dem aus der Antrieb ausgeführt wird. Aus ihnen wird eine Startschaltung zusammengestellt, die das erforderliche Drehmoment und Phasenungleichgewicht erzeugt. In diesem Artikel werden wir versuchen, die Probleme der Berechnung und Auswahl der Kapazität sowie möglicher Anschlussschemata für einen asynchronen Elektromotor kurz zu betrachten.

- Stator
- Rotor

Was ist ein Drehstrommotor?

Die meisten Aggregate, die elektrische Energie in thermische Energie umwandeln, sind Asynchronmaschinen. Wenn Sie einen Drehstrommotor zerlegen, wird deutlich, dass er aus zwei Schlüsselkomponenten besteht, auf deren Zusammenspiel seine gesamte Arbeit aufgebaut ist.

Stator

Dies ist der feststehende Teil des Motors, der eine ringförmige Form hat - einen Hohlzylinder. Es sollte gleich klargestellt werden, dass es nicht massiv ist, grob gesagt, durch Drehen eines runden Stahlrohlings hergestellt. Der Stator wird aus Ringblechen (magnetischer Kreis) rekrutiert, was die Bildung der sogenannten Oberflächen-Foucault-Ströme vermeidet, die das Metall stark erhitzen können. Am Innendurchmesser befinden sich Längsnuten, in die die Drahtwicklung eingelegt wird. Die meisten Standardmotoren sind dreiphasig, dh sie haben drei Statorwicklungen (eine für jede Phase). Geometrisch ist jede Wicklung/Phase gegeneinander um 120° versetzt. Eine solche Berechnung ermöglicht es, wenn eine Spannung von 380 V an die Phasenanschlüsse angelegt wird, ein rotierendes Magnetfeld in den Wicklungen zu erregen.

Rotor

Dies ist ein bewegliches (rotierendes) Teil, das strukturell mit der Antriebswelle integriert ist. Er hat ebenfalls einen gestapelten Lamellenkern (Magnetkreis), aber im Gegensatz zum Stator befinden sich die Nuten für die Wicklungen am Außendurchmesser. Darüber hinaus können sie nur funktional als Wicklungen bezeichnet werden, da es sich in Wirklichkeit um Kupferstangen mit einem bestimmten Durchmesser und nicht um Drahtbündel (Spulen) handelt.

Auf beiden Seiten sind die Stäbe mit ringförmigen Begrenzungsplatten verbunden, die eine Art Käfigläufer bilden. Diese Anordnung ist die gebräuchlichste und wird als "kurzgeschlossener Rotor" bezeichnet. Bei angelegter Spannung ist auch ein Magnetfeld vorhanden, das jedoch eine etwas geringere Drehzahl (asynchron) als der Stator hat. Diese Differenz wird Schlupf genannt und beträgt etwa 2...10%. Dadurch wird zwischen den Feldern eine EMF (elektromotorische Kraft) induziert, die bewirkt, dass sich die Welle mit der Betriebsfrequenz dreht.

Wie schließe ich einen Drehstrommotor an ein Einphasennetz an?

Das Starten eines Motors mit drei Arbeitswicklungen ist möglich, da dieser standardmäßig um 120 ° phasenverschoben ist. Legt man nur an einer Phase Spannung an, dann passiert analog zu einem einphasigen 220V-Motor absolut nichts, wo in diesem Fall äquivalente multidirektionale Magnetfelder entstehen. Formal muss dafür mindestens eine weitere Phase in die Arbeit aufgenommen werden, um eine Verschiebung zu schaffen und den nötigen Schwung zu bekommen. Der Anschluss an ein Netz mit einer Spannung von 220 V erfolgt meistens über einen zusätzlichen Stromkreis - einen Stromkreis aus Arbeits- und Startkondensatoren.

Die allgemeine Startschaltung, wenn sie mit einem Stern (links) und einem Dreieck (rechts) verbunden ist, sieht folgendermaßen aus:

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Wie Sie sehen können, sind sowohl im ersten als auch im zweiten Fall zwei der drei Wicklungen direkt an ein einphasiges 220-V-Netz angeschlossen. Die dritte Phase wird durch einen Zwischenkreis von Kondensatoren auf eine der beiden vorherigen zurückgeschleift: C Slave - Haupt / Arbeits und C p - für den Start. Der zweite ist über den SA-Schlüssel parallel geschaltet. Letzterer hat normalerweise offene Kontakte und die extreme Position des Knopfes ist nicht festgelegt - damit Strom durch den Anlaufkondensator fließen kann, muss er gedrückt gehalten werden.

Warum werden Paralleltanks verwendet?

Wer im Physikunterricht einmal nicht gegähnt hat, sollte bedenken, dass der maximale Energieverbrauch eines Drehstrommotors genau in dem Moment eingehalten wird, in dem er gestartet wird, wenn die Drehzahl von 0 auf Nenndrehzahl ansteigt. Je größer die Leistung, desto höher ist dieser Spitzenstromverbrauch. Daraus folgt die logische Schlussfolgerung - die Kapazität, die den Betrieb bei 220 V unterstützt, reicht höchstwahrscheinlich nicht aus, um zu beginnen. Um den Motor in den Modus zu bringen, muss er daher laut Berechnung ungefähr doppelt so hoch sein wie der Arbeitsmodus.

Nach dem Start, wenn die optimale Drehzahl erreicht ist (mindestens 70 % der Nenndrehzahl), werden die Anlaufkondensatoren durch Loslassen der SA-Taste abgeschaltet. Dies muss getan werden, da sonst eine große Gesamtkapazität zu einem ernsthaften Phasenungleichgewicht und einer Überhitzung der Wicklungen führt.

Wenn die Motorleistung niedrig ist oder unter starker Belastung nicht funktioniert, ist es höchstwahrscheinlich möglich, mit dem Starten durch den Arbeitskreis auszukommen.

So berechnen Sie die Kapazität und wählen einen Kondensator aus

Es ist offensichtlich, dass die Frage der Auswahl der Kapazitäten zum Starten und Betreiben eines Drehstrommotors in einem Einphasennetz von seiner Leistung, seinem Nennstrom (Phase) und seiner Spannung abhängt. Die Berechnung erfolgt in der Regel nach folgenden Formeln:

In dieser Gleichung gibt es zwei Größen:

U - Spannung in einem Einphasennetz (220 V);
I N - Nenn- oder Phasenstrom, A.

Beide Anschlussschemata ergeben unterschiedliche Werte der Linear- und Phasencharakteristik, wie in den folgenden Abbildungen zu sehen ist:

Sie können den erforderlichen Strom zwischen den Wicklungen mit Klemmen oder mit Formeln berechnen. Wenn beide Optionen kompliziert erscheinen, können Sie einen Kondensator anhand einer empirischen Beziehung berechnen und auswählen: 7 Mikrofarad pro 100 W Leistung.

Die Auswahl der Startkondensatoren erfolgt in der Erwartung, dass die Kapazität höher sein muss als die der Arbeiter, um den Spitzenverbrauch beim Start abzudecken. Verschiedene Quellen geben unterschiedliche Werte des Proportionalitätskoeffizienten an: von 1,5 bis 3. In der Praxis wird am häufigsten die Empfehlung verwendet, die Erhöhung zu verdoppeln.

Als nächstes können Sie die Kondensatoren aufnehmen und mit dem Layout fortfahren. Um den Motorstart zu organisieren, werden Modelle aus Papier (MBGP, KBP, MBGO), elektrolytischem oder metallisiertem Polypropylen (SVV) verwendet. Erstere sind in der Regel massiv und billig, haben jedoch relativ große Abmessungen bei geringer Kapazität, was sie dazu zwingt, ganze Batterien zu sammeln. Elektrolytische Modelle erfordern die Verwendung von Diodenelementen und Widerständen im Steuerkreis, deren Beschädigung oder Ausfall zur Zerstörung des Kondensators führt. UHV-Modelle sind moderner und haben daher praktisch nicht die Nachteile, die bei Analoga vorhanden sind. Die Form der kapazitiven Blöcke kann entweder quadratisch oder rund (Tonnen) hergestellt werden.

Außerdem sollten Sie die Betriebsspannung des Kondensators wählen, die laut Berechnung etwa 1,15-mal höher sein sollte als in einem einphasigen 220-V-Netz. Kleinere Werte wirken sich negativ auf die Haltbarkeit der Blöcke und größere auf die Abmessungen der Baugruppe aus.