Jak wybrać i obliczyć pojemność kondensatora dla silnika trójfazowego?

Podłączanie urządzeń elektroenergetycznych do sieci jednofazowej (220 V) odbywa się najczęściej metodą pojemnościową. W takim przypadku musisz wiedzieć, jak dobrać kondensatory do silnika trójfazowego, z którego realizowany jest napęd. Z nich montowany jest obwód rozruchowy, tworząc niezbędny moment obrotowy i nierównowagę faz. W tym artykule postaramy się krótko rozważyć kwestie obliczania i doboru pojemności, a także możliwe schematy połączeń asynchronicznego silnika elektrycznego.

- stojan
- Wirnik

Co to jest silnik trójfazowy?

Większość jednostek energetycznych przetwarzających energię elektryczną na energię cieplną to maszyny asynchroniczne. Jeśli zdemontujesz dowolny silnik trójfazowy, stanie się jasne, że ma on dwa kluczowe elementy, na których współdziałaniu zbudowana jest cała jego praca.

stojan

Jest to stała część silnika, która ma kształt pierścieniowy - pusty cylinder. Należy od razu wyjaśnić, że nie jest solidny, z grubsza mówiąc, wykonany przez toczenie okrągłego stalowego półfabrykatu. Stojan jest rekrutowany z płytek pierścieniowych (obwód magnetyczny), co pozwala uniknąć powstawania tak zwanych prądów powierzchniowych Foucaulta, które mogą znacznie nagrzewać metal. Na wewnętrznej średnicy znajdują się podłużne rowki, w które umieszcza się uzwojenie drutu. Większość standardowych silników jest trójfazowych, co oznacza, że mają trzy uzwojenia stojana (po jednym na każdą fazę). Geometrycznie każde uzwojenie/faza jest przesunięte względem innych o 120°. Takie obliczenie pozwala, przy przyłożeniu napięcia 380 V do zacisków fazowych, wzbudzić wirujące pole magnetyczne w uzwojeniach.

Wirnik

Jest to część ruchoma (obrotowa), zintegrowana konstrukcyjnie z wałem napędowym. Ma również spiętrzony rdzeń płytkowy (obwód magnetyczny), ale w przeciwieństwie do stojana, rowki na uzwojenia znajdują się na zewnętrznej średnicy. Co więcej, można je nazwać uzwojeniami tylko z funkcjonalnego punktu widzenia, ponieważ w rzeczywistości są to miedziane pręty o określonej średnicy, a nie wiązki (zwoje) drutu.

Po obu stronach pręty są połączone z pierścieniowymi płytami ograniczającymi, tworząc swego rodzaju klatkę wiewiórkową. Ten układ jest najczęstszy i nazywany jest „zwartym wirnikiem”. Po przyłożeniu napięcia występuje również pole magnetyczne, ale ma ono nieco niższą prędkość obrotową (asynchroniczną) niż stojana. Różnica ta nazywana jest poślizgiem i wynosi około 2...10%. Dzięki temu między polami indukowana jest siła elektromotoryczna (EMF), która powoduje obrót wału z częstotliwością roboczą.

Jak podłączyć silnik trójfazowy do sieci jednofazowej?

Rozruch silnika z trzema pracującymi uzwojeniami jest możliwy, ponieważ domyślnie ma on fazy przesunięte o 120°. Jeśli przyłożysz napięcie tylko do jednej fazy, to zupełnie nic nie stanie się przez analogię z jednofazowym silnikiem 220 V, gdzie w tym przypadku powstają równoważne wielokierunkowe pola magnetyczne. Formalnie, w tym celu, w pracy musi zostać uwzględniony co najmniej jeszcze jeden etap, aby stworzyć zmianę i nabrać niezbędnego rozpędu. Podłączenie do sieci o napięciu 220 V odbywa się najczęściej przez dodatkowy obwód - obwód kondensatorów roboczych i rozruchowych.

Ogólny obwód rozruchowy połączony z gwiazdą (po lewej) i trójkątem (po prawej) będzie wyglądał następująco:

Aby zaoszczędzić na rachunkach za prąd, nasi czytelnicy polecają skrzynkę oszczędzania energii elektrycznej. Miesięczne płatności będą o 30-50% niższe niż przed użyciem wygaszacza. Usuwa z sieci składnik reaktywny, w wyniku czego zmniejsza się obciążenie, a co za tym idzie pobór prądu. Urządzenia elektryczne zużywają mniej energii elektrycznej, zmniejszając koszty jej płatności.

Jak widać, zarówno w pierwszym, jak i drugim przypadku dwa z trzech uzwojeń są podłączone bezpośrednio do jednofazowej sieci 220V. Trzecia faza jest zapętlona z powrotem do jednej z dwóch poprzednich za pomocą obwodu pośredniego kondensatorów: C slave - główny / roboczy i C p - rozruchowy. Drugi jest połączony równolegle za pomocą klucza SA. Ten ostatni ma normalnie otwarte styki, a skrajne położenie przycisku nie jest ustalone - aby prąd przepływał przez kondensator rozruchowy, należy go przytrzymać.

Dlaczego stosuje się zbiorniki równoległe?

Każdy, kto kiedyś nie ziewał na lekcjach fizyki, powinien pamiętać, że maksymalne zużycie energii silnika trójfazowego obserwuje się właśnie w momencie jego uruchomienia, gdy prędkość obrotowa wzrasta od 0 do nominalnej. Im większa moc, tym wyższe szczytowe zużycie energii elektrycznej. Z czego wynika logiczny wniosek - moc, która będzie obsługiwać pracę przy 220 V, najprawdopodobniej nie wystarczy do uruchomienia. Dlatego, aby doprowadzić silnik do trybu, zgodnie z obliczeniami, musi on być w przybliżeniu podwojony w stosunku do działającego.

Po uruchomieniu, gdy osiągnięta zostanie optymalna prędkość (co najmniej 70% nominalnej), kondensatory rozruchowe są wyłączane przez zwolnienie przycisku SA. Należy to zrobić, w przeciwnym razie duża pojemność całkowita spowoduje poważną nierównowagę faz i przegrzanie uzwojeń.

Jeśli moc silnika jest niska lub nie pracuje pod dużym obciążeniem, najprawdopodobniej da się obejść przez uruchomienie przez obwód roboczy.

Jak obliczyć pojemność i wybrać kondensator

Oczywiste jest, że kwestia doboru mocy do rozruchu i eksploatacji silnika trójfazowego w sieci jednofazowej zależy od jego mocy, prądu znamionowego (fazowego) i napięcia. Obliczenia przeprowadza się zwykle za pomocą następujących wzorów:

W tym równaniu występują dwie wielkości:

U - napięcie w sieci jednofazowej (220V);
I N - prąd znamionowy lub fazowy, A.

Oba schematy połączeń dają różne wartości charakterystyk liniowych i fazowych, co widać na poniższych ilustracjach:

Wymagany prąd między uzwojeniami można obliczyć za pomocą cęgów lub za pomocą wzorów. Jeśli obie opcje wydają się skomplikowane, możesz obliczyć i wybrać kondensator na podstawie empirycznej zależności: 7 mikrofaradów na 100 W mocy.

Jeśli chodzi o kondensatory rozruchowe, ich dobór odbywa się z oczekiwaniem, że pojemność musi być wyższa niż pojemność pracowników, aby pokryć zużycie szczytowe podczas rozruchu. Różne źródła wskazują różne wartości współczynnika proporcjonalności: od 1,5 do 3. W praktyce najczęściej stosuje się zalecenie podwojenia wzrostu.

Następnie możesz podnieść kondensatory i kontynuować układ. Do organizacji rozruchu silnika stosuje się modele papierowe (MBGP, KBP, MBGO), elektrolityczne lub metalizowanego polipropylenu (SVV). Te pierwsze z reguły są masywne i tanie, ale mają stosunkowo duże gabaryty przy niewielkiej pojemności, co wymusza na nich zbieranie całych akumulatorów. Modele elektrolityczne wymagają zastosowania elementów diodowych i rezystancji w obwodzie sterowania, których uszkodzenie lub awaria doprowadzi do zniszczenia kondensatora. Modele UHV są bardziej nowoczesne i dlatego praktycznie nie mają wad występujących w analogach. Bloki pojemnościowe mogą mieć kształt kwadratowy lub okrągły (beczki).

Należy również wybrać napięcie robocze kondensatora, które zgodnie z obliczeniami powinno być około 1,15 razy wyższe niż w jednofazowej sieci 220V. Mniejsze wartości mają negatywny wpływ na trwałość klocków, a większe na gabaryty montażu.