Come scegliere e calcolare la capacità di un condensatore per un motore trifase

Il collegamento di apparecchiature di alimentazione a una rete monofase (220 V) viene spesso eseguito con il metodo capacitivo. In questo caso, è necessario sapere come selezionare i condensatori per un motore trifase, da cui viene eseguito l'azionamento. Da loro viene assemblato un circuito di avviamento, creando la coppia necessaria e lo squilibrio di fase. In questo articolo, proveremo a considerare brevemente i problemi di calcolo e selezione della capacità, nonché i possibili schemi di connessione per un motore elettrico asincrono.

- statore
- Rotore

Cos'è un motore trifase?

La maggior parte delle unità di potenza che convertono l'energia elettrica in energia termica sono macchine asincrone. Se si smonta un motore trifase, diventa chiaro che ha due componenti chiave, sull'interazione di cui è costruito tutto il suo lavoro.

statore

Questa è la parte fissa del motore, che ha una forma anulare: un cilindro cavo. Va subito chiarito che non è solido, grosso modo, realizzato tornindo un grezzo di acciaio tondo. Lo statore è reclutato da piastre anulari (circuito magnetico), che evita la formazione delle cosiddette correnti superficiali di Foucault, che possono riscaldare notevolmente il metallo. Sul diametro interno sono presenti scanalature longitudinali in cui è posizionato l'avvolgimento del filo. La maggior parte dei motori standard sono trifase, il che significa che hanno tre avvolgimenti dello statore (uno per ciascuna fase). Geometricamente, ogni avvolgimento/fase è sfalsato rispetto agli altri di 120°. Tale calcolo consente, applicando una tensione di 380V ai terminali di fase, di eccitare un campo magnetico rotante negli avvolgimenti.

Rotore

Questa è una parte mobile (rotante), strutturalmente integrata con l'albero di trasmissione. Ha anche un nucleo lamellare impilato (circuito magnetico), ma a differenza dello statore, le scanalature per gli avvolgimenti si trovano sul diametro esterno. Inoltre, possono essere chiamati avvolgimenti solo dal punto di vista funzionale, poiché in realtà sono barre di rame di un certo diametro, e non fasci (bobine) di filo.

Su entrambi i lati, le barre sono collegate a piastre di limitazione anulari, formando una sorta di gabbia di scoiattolo. Questa disposizione è la più comune ed è chiamata "rotore in cortocircuito". Quando viene applicata la tensione, c'è anche un campo magnetico, ma ha una velocità di rotazione (asincrona) leggermente inferiore a quella dello statore. Questa differenza è chiamata slip ed è di circa il 2...10%. Grazie ad esso, viene indotta una EMF (forza elettromotrice) tra i campi, che fa ruotare l'albero alla frequenza operativa.

Come collegare un motore trifase a una rete monofase?

L'avviamento di un motore con tre avvolgimenti funzionanti è possibile perché di default ha le fasi sfasate di 120°. Se si applica la tensione a una sola fase, non accadrà assolutamente nulla per analogia con un motore monofase a 220 V, dove in questo caso si verificano campi magnetici multidirezionali equivalenti. Formalmente, per questo, almeno un'altra fase deve essere inclusa nel lavoro al fine di creare un turno e ottenere lo slancio necessario. La connessione a una rete con una tensione di 220 V viene spesso eseguita tramite un circuito aggiuntivo: un circuito di condensatori di lavoro e di avviamento.

Il circuito di avviamento generale quando connesso con una stella (a sinistra) e un delta (a destra) sarà simile a questo:

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Come si può notare, sia nel primo che nel secondo caso, due dei tre avvolgimenti sono collegati direttamente ad una rete monofase 220V. La terza fase è ricondotta ad una delle due precedenti tramite un circuito intermedio di condensatori: C slave - principale / funzionante e C p - per l'avviamento. Il secondo è collegato in parallelo tramite la chiave SA. Quest'ultimo ha contatti normalmente aperti e la posizione estrema del pulsante non è fissa: affinché la corrente fluisca attraverso il condensatore di avviamento, deve essere tenuto premuto.

Perché vengono utilizzati serbatoi paralleli?

Qualsiasi persona che una volta non ha sbadigliato durante le lezioni di fisica dovrebbe ricordare che il consumo massimo di energia di un motore trifase viene osservato proprio nel momento in cui viene avviato, quando la velocità di rotazione aumenta da 0 a nominale. Maggiore è la potenza, maggiore è questo picco di consumo di elettricità. Da cui segue la conclusione logica: la capacità che supporterà il funzionamento a 220 V molto probabilmente non è sufficiente per iniziare. Pertanto, per portare il motore in modalità, secondo il calcolo, deve essere circa raddoppiato rispetto a quello di lavoro.

Dopo l'avviamento, quando viene raggiunta la velocità ottimale (almeno il 70% della nominale), i condensatori di avviamento vengono spenti rilasciando il pulsante SA. Questo deve essere fatto, altrimenti una grande capacità totale causerà un grave squilibrio di fase e il surriscaldamento degli avvolgimenti.

Se la potenza del motore è bassa o non funziona sotto carico grave, molto probabilmente sarà possibile cavarsela con l'avvio attraverso il circuito di lavoro.

Come calcolare la capacità e scegliere un condensatore

È ovvio che il problema della scelta delle capacità per avviare e far funzionare un motore trifase in una rete monofase dipende dalla sua potenza, corrente nominale (fase) e tensione. Il calcolo viene solitamente effettuato attraverso le seguenti formule:

Ci sono due quantità in questa equazione:

U - tensione in una rete monofase (220 V);
I N - corrente nominale o di fase, A.

Entrambi gli schemi di connessione danno diversi valori di caratteristiche lineari e di fase, come si può vedere nelle seguenti illustrazioni:

È possibile calcolare la corrente richiesta tra gli avvolgimenti utilizzando morsetti o utilizzando formule. Se entrambe le opzioni sembrano complicate, puoi calcolare e selezionare un condensatore attraverso una dipendenza empirica: 7 microfarad per 100 W di potenza.

Per quanto riguarda i condensatori di avviamento, la loro selezione avviene con l'aspettativa che la capacità debba essere superiore a quella degli operai per coprire il picco di consumo all'avviamento. Diverse fonti indicano diversi valori del coefficiente proporzionale: da 1,5 a 3. In pratica, viene spesso utilizzata la raccomandazione di raddoppiare l'aumento.

Successivamente, puoi raccogliere i condensatori e procedere con il layout. Per organizzare l'avviamento del motore vengono utilizzati modelli in carta (MBGP, KBP, MBGO), elettrolitico o in polipropilene metallizzato (SVV). I primi, di regola, sono massicci ed economici, ma hanno dimensioni relativamente grandi con una piccola capacità, che li costringe a raccogliere batterie intere. I modelli elettrolitici richiedono l'uso di elementi a diodi e resistenze nel circuito di controllo, il cui danneggiamento o guasto comporterà la distruzione del condensatore. I modelli UHV sono più moderni e quindi praticamente non hanno le carenze presenti negli analoghi. La forma dei blocchi capacitivi può essere prodotta sia quadrata che rotonda (a botte).

È inoltre necessario selezionare la tensione di esercizio del condensatore, che, secondo il calcolo, dovrebbe essere circa 1,15 volte superiore rispetto a una rete monofase da 220 V. Valori più piccoli hanno un impatto negativo sulla durata dei blocchi e quelli più grandi sulle dimensioni dell'assieme.