Электродвигатель асинхронный конденсаторный. Конденсаторные двигатели - устройство, принцип действия, применение

Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в про­странстве относительно друг друга на 90 эл. град. Одну из обмоток - главную - включают непосредственно в однофазную сеть, а дру­гую - вспомогательную - включают в эту же сеть, но через ра­бочий конденсатор С ра6 (рис. 16.7, а).

В отличие от рассмотренного ранее однофазного асинхронно­го двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмот­ка после пуска не отключается и остается включенной в течение всего периода работы, при этом емкость С раб создает фазовый сдвиг между токами и .

Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС стато­ра, то конденсаторный двигатель - с вращающейся. Поэтому конденсаторные двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям.

Необходимая для получения кругового вращающегося поля емкость (мкФ)

C раб = 1,6 10 5 I A sin φ A / (f 1 U A k 2), (16.4)

при этом отношение напряжений на главной U А и на вспомога­тельной U B обмотках должно быть

U A /U B = tg φ A ≠ 1.

Здесьφ A - угол сдвига фаз между током и напряжением при круговом поле; k = ω B k B / (w A k A ) - коэффициент трансформации, представляющий собой отношение


Рис. 16.7. Конденсаторный двигатель:

а- с рабочей емкостью, б - с рабочей и пусковой емкостями, в - механические характеристики; 1- при рабочей емкости, 2- при ра­бочей и пусковой емкостях

эффективных чисел витков вспомогательной и главной обмоток; k A и k B - обмоточные коэффициенты обмоток статора.

Анализ (16.4) показывает, что при заданных коэффициенте трансформации kи отношении напряжений U A / U B емкость С ра6 обеспечивает получение кругового вращающегося поля лишь при одном, вполне определенном режиме работы двигателя. Если же и изменится режим (нагрузка), то изменятся и ток I A и фазовый угол φ A , а следовательно, и С раб, соответствующая круговому полю. Таким образом, если нагрузка двигателя отличается от расчетной, то вращающееся поле двигателя становится эллиптическим и рабочие свойства двигателя ухудшаются. Обычно расчет С раб ведут для номинальной нагрузки или близкой к ней.

Обладая сравнительно высокими КПД и коэффициентом мощности (соs φ 1 = 0,80 ÷ 0,95), конденсаторные двигатели имеют неудовлетворительные пусковые свойства, так как емкость С раб обеспечивает круговое поле лишь при расчетной нагрузке, а при пуске двигателя поле статора эллиптическое. При этом пусковой момент обычно не превышает 0,5М НОМ.

Для повышения пускового момента параллельно емкости С раб включают емкость С пуск, называемую пусковой(рис. 16.7, б). Величину С пуск выбирают, исходя из условия получения кругового поля статора при пуске двигателя, т. е. получения наибольшего пускового момента. По окончании пуска емкость С пуск следует отключать, так как при небольших скольжениях в цепи обмотки статора, содержащей емкость Си индуктивность L, возможен резонанс напряжений, из-за чего напряжение на обмотке и на конденсаторе может в два-три раза превысить напряжение сети.

При выборе типа конденсатора следует помнить, что его рабо­чее напряжение определяется амплитудным значением синусои­дального напряжения, приложенного к конденсатору U c . При кру­говом вращающемся поле это напряжение (В) превышает напряжение сети U 1 и определяется выражением

U c = U 1 (16.5)


Рис 16.8. Схемы включения двухфазного двига­теля в трехфазную сеть

Конденсаторные двигатели иногда называют двухфаз­ными, так как об­мотка статора этого двигателя содержит две фазы. Двухфаз­ные двигатели могут работать и без кон­денсатора или дру­гого ФЭ, если к фа­зам обмотки статора подвести двухфаз­ную систему напря­жений (два напря­жения, одинаковые по значению и час­тоте, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90°). Для получения двухфаз­ной системы напряжений можно воспользоваться трехфазной ли­нией с нулевым проводом, включив обмотки статора так, как по­казано на рис. 16.8, а: одну обмотку - на линейное напряжение U AB ,а другую - на фазное напряжение Uc через автотрансфор­матор AT (для выравнивания значения напряжений на фазных об­мотках двигателя). Возможно включение двигателя и без нулевого провода (рис. 16.8, б), но в этом случае напряжения на обмотках двигателя будут сдвинуты по фазе на 120°, что приведет к некото­рому ухудшению рабочих свойств двигателя.

Существует разные схемы подключения, больше вариантов для трёхфазных двигателей, различающиеся способом соединения обмоток двигателя и составом дополнительных элементов, но минимальная работоспособная схема содержит один конденсатор, от чего и происходит название.

Как правило, одна из обмоток («фаза двигателя») запитывается напрямую от однофазной сети, а другие обмотки запитывается через электрический конденсатор , который сдвигает фазу подводимого тока почти на +90°, или через катушку индуктивности , которая сдвигает фазу почти на −90°. Чтобы результирующее вращающееся магнитное поле не было эллиптическим, последовательно с конденсатором включается переменный проволочный резистор , с помощью которого добиваются кругового вращающегося магнитного поля.

Применение

Промышленные конденсаторные двигатели имеют в основе, как правило, двухфазный двигатель (проще производство и схема подключения). Трёхфазные двигатели переделываются под однофазную сеть обычно в частном порядке или мелкосерийном производстве в силу массовости таких типов двигателей и сетей, выбирая при этом между сложностью схемы и недоиспользованием мощности двигателя.

Такие двигатели используются в основном в бытовой технике малой мощности: активаторных стиральных машинах, механизмах катушечных и стационарных кассетных магнитофонов, недорогих проигрывателях виниловых дисков, вентиляторах и другой подобной технике.

Также такие двигатели применяются в циркуляционных насосах водопроводных и отопительных систем (напр. компании Grundfos ), и в воздуходувках и дымососах отопительных и водонагревательных агрегатов (напр. Buderus ).

Трёхфазные асинхронные двигатели в однофазную электрическую сеть включают через фазосдвигающий конденсатор.

Вывод одной обмотки электродвигателя подключается к «фазовому» проводу, вывод второй обмотки - к нейтральному проводу . Вывод третьей обмотки подключается через конденсатор, ёмкость которого подбирается по формулам, в зависимости от того, как соединены обмотки двигателя - «звездой» или «треугольником» .

Если обмотки соединены «звездой», тогда ёмкость «рабочего» конденсатора должна быть

C R A B . Z V E Z D A = 2800 I U {\displaystyle C_{RAB.ZVEZDA}=2800{\frac {I}{U}}} .

Если обмотки соединены «треугольником», тогда ёмкость «рабочего» конденсатора должна быть

C R A B . T R E U G O L N I K = 4800 I U {\displaystyle C_{RAB.TREUGOLNIK}=4800{\frac {I}{U}}} , где

U {\displaystyle U} - напряжение сети, вольт ;

I {\displaystyle I} - рабочий ток двигателя, ампер ;

C {\displaystyle C} - электрическая ёмкость , микрофарад .

При пуске двигателя кнопкой подключается пусковой конденсатор C P U S K {\displaystyle C_{PUSK}} , ёмкость которого должна быть в два раза больше ёмкости рабочего. Как только двигатель наберёт нужные обороты, кнопку «Пуск» отпускают.

Переключатель B 2 {\displaystyle B_{2}} позволяет изменять направление вращения электродвигателя. Выключатель B 1 {\displaystyle B_{1}} отключает электродвигатель.

Используя паспортные данные электродвигателя, можно определить его рабочий ток I {\displaystyle I} по формуле:

I = P 1 , 73 U η cos ⁡ φ {\displaystyle I={\frac {P}{1{,}73~U~\eta ~\cos \varphi }}} , где

В этой статье поговорим о конденсаторных двигателях, которые по сути являются обычными асинхронными, отличающимися лишь способом подключения к сети. Затронем тему подбора конденсаторов, разберем причины необходимости точного подбора емкости. Отметим основные формулы, которые помогут в приблизительной оценке требуемой емкости.

Конденсаторным двигателем называется , в цепь статора которого включена дополнительная емкость, с целью создать сдвиг фаз тока в обмотках статора. Зачастую это касается однофазных цепей при использовании трехфазных или двухфазных асинхронных двигателей.

Обмотки статора асинхронного двигателя физически сдвинуты друг относительно друга, и одна из них включается непосредственно в сеть, в то время как вторая, либо вторая и третья подключаются к сети через конденсатор. Емкость конденсатора подбирается так, чтобы сдвиг фаз токов между обмотками получился бы равным или хотя бы близким к 90°, тогда ротору будет обеспечен максимальный вращающий момент.

При этом модули магнитной индукции обмоток должны получиться одинаковыми, чтобы магнитные поля обмоток статора оказались бы сдвинуты относительно друг друга так, чтобы суммарное поле вращалось по кругу, а не по эллипсу, увлекая за собой ротор с наибольшей эффективностью.

Очевидно, ток и его фаза в подключенной через конденсатор обмотке связаны как с емкостью конденсатора, так и с эффективным импедансом обмотки, который в свою очередь зависит от скорости вращения ротора.

При старте двигателя импеданс обмотки определяется лишь ее индуктивностью и активным сопротивлением, поэтому он относительно мал в момент пуска, и здесь нужен конденсатор большей емкости для обеспечения оптимального пуска.

Когда же ротор разгонится до номинальных оборотов, магнитное поле ротора станет индуцировать в обмотках статора ЭДС, которая будет направлена против питающего обмотку напряжения - эффективное сопротивление обмотки теперь растет, и требуемая емкость снижается.

При оптимально подобранной емкости в каждом режиме (пусковой режим, рабочий режим) магнитное поле будет круговым, и здесь имеет значение как скорость вращения ротора, так и напряжение, и число витков обмотки, и подключенная в текущий момент емкость. Если оптимальное значение какого-нибудь параметра нарушено, поле становится эллиптическим, характеристики двигателя соответственно падают.

Для двигателей разного назначения схемы подключения емкостей разные. Когда требуется значительный пусковой момент, применяют конденсатор большей емкости, чтобы обеспечить оптимальные ток и фазу именно в момент пуска. Если пусковой момент не особо важен, то внимание уделяют только созданию оптимальных условий рабочего режима, при номинальной скорости вращения, и емкости подбирается для номинальных оборотов.

Довольно часто для качественного пуска применяют пусковой конденсатор, который на время запуска подключается параллельно рабочему конденсатору относительно малой емкости, чтобы вращающееся магнитное поле и при пуске было круговым, затем пусковой конденсатор отключают, и двигатель продолжает работу только с рабочим конденсатором. В особых случаях прибегают к набору конденсаторов с возможностью переключения для разных нагрузок.

Если пусковой конденсатор случайно не будет отключен после выхода двигателя на номинальные обороты, сдвиг фаз в обмотках уменьшится, не будет уже оптимальным, и магнитное поле статора станет эллиптическим, что ухудшит рабочие характеристики двигателя. Крайне важно правильно подобрать пусковую и рабочую емкости, чтобы двигатель работал эффективно.

На рисунке показаны типичные схемы включения конденсаторных двигателей, применяемые на практике. Например рассмотрим двухфазный двигатель с короткозамкнутым ротором, статор которого имеет две обмотки для питания в двух фазах А и В.



В цепь дополнительной фазы статора включен конденсатор С, поэтому токи IA и IВ текут в обеих обмотках статора в двух фазах. Наличием емкости добиваются фазового сдвига токов IA и IВ в 90°.

Векторная диаграмма показывает, что суммарный ток сети образован геометрической суммой токов обеих фаз IA и IВ. Подбором емкости С добиваются такого сочетания с индуктивностями обмоток, чтобы фазовый сдвиг токов получился именно 90°.



Ток IA запаздывает относительно приложенного сетевого напряжения UА на угол φА, а ток IВ - на угол φВ относительно напряжения UB, приложенного к зажимам второй обмотки в текущий момент. Угол между напряжением сети и напряжением, приложенным ко второй обмотке составляет 90°. Напряжение на конденсаторе UС образует угол 90° с током IВ.

По диаграмме видно, что полная компенсация фазового сдвига при φ = 0 достигается тогда, когда реактивная мощность потребляемая двигателем из сети равна реактивной мощности конденсатора С. Рядом на рисунке показаны типичные схемы включения трехфазных двигателей с конденсаторами в цепях обмоток статоров.

Промышленностью сегодня выпускаются конденсаторные двигатели на базе двухфазных. Трехфазные легко модифицируются вручную для питания от однофазной сети. Встречаются и мелкосерийные трехфазные модификации, уже оптимизированные при помощи конденсатора под однофазную сеть.

Часто такие решения можно встретить в бытовых приборах, таких как посудомоечные машины и комнатные вентиляторы. Промышленные циркуляционные насосы, воздуходувки и дымососы также часто используют в своей работе конденсаторные двигатели. Если требуется включить трехфазный двигатель в однофазную сеть - применяют фазосдвигающий конденсатор, то есть опять же переделывают двигатель в конденсаторный.

Для приблизительного расчета емкости конденсатора применяют известные формулы, в которые достаточно подставить напряжение питания и рабочий ток двигателя, и легко вычислить необходимую емкость для .

Для нахождения рабочего тока двигателя достаточно прочитать данные на его шильдике (мощность, кпд, косинус фи), и так же подставить в формулу. В качестве пускового конденсатора принято устанавливать конденсатор в два раза большей емкости, чем рабочий.

К преимуществам конденсаторных двигателей, по сути - асинхронных, относится главным образом одно - возможность включить трехфазный двигатель в однофазную сеть. Из недостатков - необходимость оптимальной емкости под конкретную нагрузку, и недопустимость питания от инверторов с модифицированной синусоидой.

Надеемся, что эта статья была для вас полезной, и теперь вы понимаете, для чего асинхронным двигателям конденсаторы, и как подбирать их емкость.



Рекомендуем почитать