Наши сети электропитания созданы трехфазными. Потому что генераторы, работающие на электростанциях, имеют трехфазные обмотки и вырабатывают три синусоидальных напряжения, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 120°. Но мы чаще всего пользуемся всего одной фазой — проводим себе один фазный провод из трех и все к нему подключаем. Только в технике нашей часто встречаются электродвигатели, и они по природе своей трехфазны. Ну а фаза от фазы чем отличается? Только сдвигом во времени. Сдвига такого очень просто добиться, включив в цепь питания реактивные элементы: емкости или индуктивности. Но ведь обмотка на статоре сама и является индуктивностью. Поэтому остается добавить к двигателю снаружи только емкость, конденсатор, а обмотки подключить так, чтобы одна из них в другой сдвигала фазу в одну сторону, а конденсатор в третьей делал то же самое, только в другую. И получатся те же самые три фазы, только «вынутые» из одной фазы питающих проводов. Последнее обстоятельство означает, что мы нагружаем трехфазным двигателем только одну из фаз приходящего питания. Разумеется, это вносит дисбаланс в потребление энергии. Поэтому все-таки лучше, когда трехфазный двигатель питается трехфазным напряжением, а построить цепь его питания от одной приходящей фазы хорошо, только если мощность двигателя не особо велика.

При подключении трехфазного электродвигателя к однофазной цепи предпочтительнее соединение обмоток электродвигателя типа треугольник. На шильдике двигателя об этом есть информация и когда указано Y-звезда, оптимальным вариантом было бы открыть его кожух и переделать подключение обмоток по принципу треугольник. В противном случае потери будут слишком велики.

Включение двигателя на одну фазу питающей сети требует создания из нее и двух остальных. Это можно сделать по следующей схеме При запуске двигателя в работу в самом начале требуется высокий стартовый ток, поэтому емкости рабочего конденсатора обычно не хватает. Чтобы «ему помочь», используют специальный стартовый конденсатор, который подключается к рабочему конденсатору параллельно. В самом простом случае (невысокая мощность двигателя) его выбирают точно таким же, как и рабочий. Но для этой цели выпускаются и специально стартовые конденсаторы, на которых так и написано: starting.

При подключении асинхронного трехфазного электродвигателя на 380 В в однофазную сеть на 220 В необходимо рассчитать емкость фазосдвигающего конденсатора, точнее двух конденсаторов — рабочего и пускового конденсатора.

Подключение асинхронного двигателя осуществляется по двум схемам: треугольник (эффективнее для 220 В) и звезда (эффективнее для 380 В). На картинке внизу статьи вы увидите обе эти схемы подключения. Здесь, я думаю, описывать подключение не стоит, т.к. это описано уже тысячу раз в Интернете. Во основном, у многих возникает вопрос, какие нужны емкости рабочего и пускового конденсаторов.

ПУСКОВОЙ КОНДЕНСАТОР

Как показала практика, на двигателях до 500 Ватт нет смысла использовать пусковой конденсатор, а имеет смысл поставить исключительно рабочий конденсатор. Но это лишь в том случае, если двигатель запускается без нагрузки. Если электродвигатель запускается со значительной нагрузкой, тогда можно использовать пусковой конденсатор, который подключается параллельно рабочему конденсатору нажатием и удержанием кнопки на время разгона электродвигателя или ставиться специальное реле. Расчет емкости пускового конденсатора проводится путем умножения емкости рабочего конденсатора в среднем на 2-2,5. При этом стоит помнить, что по мере разгона асинхронному двигателю требуется меньшая емкость конденсатора, т.е. не стоит оставлять подключенным пусковой конденсатор на все время работы, т.к. большая емкость на высоких оборотах вызовет перегрев и выход из строя электродвигателя.

ПОДБОР КОНДЕНСАТОРА ДЛЯ ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Применяется неполярный конденсатор на 400В. Для расчета емкости пускового и рабочего конденсатора для асинхронного двигателя в формулу нужно внести данные с шильдика электродвигателя, если же они неизвестны , то принимаются средневзвешенные данные, взятые из справочников.

Соединение обмоток двигателя, Y/Δ . Задача : рассчитать емкость конденсатора.

Мощность двигателя 400 Вт, напряжение 220-240В, коэффициент мощности cosφ,0.9, КПД двигателя от 75 до 95 % — берем 80.

Получается емкость пускового конденсатора 45 мкФ и рабочего 18 мкФ.

Для включения трехфазного электродвигателя (что такое электродвигатель  в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник.

Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор 1 и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.

Пусковая емкость конденсаторов

Сп = Ср + Со,

где Ср — рабочая емкость,
Со — отключаемая емкость.

После пуска двигателя конденсатор 2 отключают.

Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:

для схемы на рис. а: Ср = 2800 Iном / U;
для схемы на рис. б: Ср = 4800 Iном / U;
для схемы на рис. в: Ср = 1600 Iном / U;
для схемы на рис. г: Ср = 2740 Iном / U,

где Ср — рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
Iном — номинальный ток фазы двигателя, А;
U — напряжение сети, В.

Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается.

При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ÷ 3) Ср.

Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям:

для схемы на рис. а, б: Uк = 1,15 U;
для схемы на рис. в: Uк = 2,2 U;
для схемы на рис. г: Uк = 1,3 U,

где Uк и U — напряжения на конденсаторе и в сети.

Основные технические данные некоторых конденсаторов приведены в таблице.

Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15—20%.

В том случае, если конденсаторы отсутствуют, можно использовать резисторы, которые включаются по тем же схемам, что и при конденсаторном пуске. Резисторы включаются вместо пусковых конденсаторов (рабочие конденсаторы отсутствуют).

Сопротивление (Ом) резистора может быть определено по формуле

,

где R — сопротивление резистора;
κ и I— кратность пускового тока и линейный ток в трехфазном режиме.

Пример расчета рабочей емкости конденсатора для двигателя

Определить рабочую емкость для двигателя АО 31/2, 0.6 кВт, 127/220 В, 4.2/2.4 А, если двигатель включен по схеме, изображенной на рис. а, а напряжение сети равно 220 В. Пуск двигателя без нагрузки.

Решение

1. Рабочая емкость Ср = 2800 x 2.4 / 220 ≈ 30 мкФ.

2. Напряжение на конденсаторе при выбранной схеме Uк = 1,15 x U = 1,15 x 220 = 253 В.

По таблице выбираем три конденсатора МБГО-2 по 10 мкФ каждый с рабочим напряжением 300 В. Конденсаторы включать параллельно.

Фазосдвигающий конденсатор

Для расчета номинала фазосдвигающего конденсатора можно воспользоваться приближенной формулой: С = k*I / U, где k – коэффициент, равный 4800 для схемы подключения «треугольник», 2800 – для «звезды», I – номинальный ток двигателя (указывается на шильдике), U – фазное напряжение (в нашем случае – 220 В).

Двигатель с пусковой обмоткой

Конденсатор также используется в случае, когда двигатель имеет две обмотки – рабочую и пусковую. Рабочая обмотка подключается к питающему однофазному напряжению (220 В) напрямую. Пусковая обмотка имеет меньший ток и подключается через фазосдвигающей конденсатор. Совместно обе обмотки имеют такую конфигурацию, что формируют внутри статора вращающееся магнитное поле.

Емкость фазосдвигающего конденсатора обычно указывается на шильдике двигателя. На время пуска и разгона может применяться дополнительный конденсатор. Такой двигатель называют конденсаторным, и он предназначен для работы только в однофазной сети.

Пусковой конденсатор

Приведенная выше формула справедлива для номинального тока. Но двигатель работает не только на номинале. При пуске его ток может превышать номинальное значение в 5-7 раз, а при работе – быть ниже в 2-3 раза (холостой ход). В результате момент на валу при включении будет мал, и двигатель будет разгоняться очень долго либо вообще не сможет запуститься. Поэтому для запуска используют дополнительный пусковой конденсатор, который подключают к рабочему (фазосдвигающему) на время разгона (3-5 секунд). Обычно емкость пускового конденсатора выбирают в 2-5 раз больше, в зависимости от требуемого момента при пуске и времени разгона.

Для подключения пускового конденсатора используют специальные ручные пускатели, в которых время пуска равно времени нажатия на двухпозиционную кнопку «Пуск». Пока оператор держит «Пуск» в позиции без фиксации, подключаются рабочий и пусковой конденсаторы. Как только оператор отпускает кнопку, она переходит в фиксированную позицию, и в схеме остается лишь рабочий конденсатор. Остановка двигателя производится кнопкой «Стоп». Кроме ручных пускателей могут использоваться релейные и электронные схемы.

Данный способ не применяется на практике для двигателей более 2,2 кВт из-за низкого КПД и большой емкости конденсаторов.

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя

Асинхронные электродвигателя, рассчитанные на работу в однофазной сети, обычно подключаются на 220 вольт. Однако если в трехфазном двигателе момент подключения задается конструктивно (расположение обмоток, смещение фаз трехфазной сети), то в однофазном необходимо создать вращательный момент смещения ротора, для чего при запуске применяется дополнительная пусковая обмотка. Смещение ее фазы тока осуществляется при помощи конденсатора.

Чаще всего значение общей емкости Сраб+Спуск (не отдельного конденсатора) таково: 1 мкФ на каждые 100 ватт.

Есть несколько режимов работы двигателей подобного типа:

• Пусковой конденсатор + дополнительная обмотка (подключаются на время запуска). Емкость конденсатора: 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя.
• Рабочий конденсатор (емкость 23-35 мкФ) + дополнительная обмотка, которая находится в подключенном состоянии в течение всего времени работы.
• Рабочий конденсатор + пусковой конденсатор (подключены параллельно).

Если вы размышляете: как подобрать конденсатор к электродвигателю 220в, стоит исходить из пропорций, приведенных выше. Тем не менее, нужно обязательно проследить за работой и нагревом двигателя после его подключения. Например, при заметном нагревании агрегата в режиме с рабочим конденсатором, следует уменьшить емкость последнего. В целом, рекомендуется выбирать конденсаторы с рабочим напряжением от 450 В.

Как выбрать конденсатор для электродвигателя – вопрос непростой. Для обеспечения эффективной работы агрегата нужно чрезвычайно внимательно рассчитать все параметры и исходить из конкретных условий его работы и нагрузки.

Способ подключения обмоток и схема подключения рабочего и пускового конденсатора, а так же формула расчета конденсаторов для трехфазного электродвигателя.

Подключение «Звездой»	Емкость рабочего конденсатора – Ср
	Cр=2800*I/U; I=P/(√3*U*η*cosϕ); Cр=2800*P/(/(√3*U²*η*cosϕ).
Подключение «Треугольником»	Емкость рабочего конденсатора — Cp
	Cр=4800*P/(/(√3*U²*η*cosϕ).
Емкость пускового конденсатора при любом способе подключения Cп=2,5*Cр
Расшифровка обозначений в формулах: Cр – емкость рабочего конденсатора в микрофарадах (мкф); Cп – емкость пускового конденсатора в мкф; I – ток в амперах (А); U – напряжение сети в вольтах (В); η – КПД двигателя, выраженный в процентах, деленных на 100; cosϕ – коэффициент мощности.

Полученные из калькулятора данные можно использовать для подбора конденсаторов, но именно таких номиналов, как будет рассчитано, их вряд ли можно будет найти. Только в редких исключениях могут быть совпадения. Правила подбора такие:

• Если есть «точное попадание» в номинал емкости, который существует у нужной серии конденсаторов, то можно выбирать именно такой.
• Если нет «попадания», то выбирают емкость, стоящую ниже по ряду номиналов. Выше не рекомендуется, особенно для рабочих конденсаторов, так как это может привести к ненужному возрастанию рабочих токов и перегреву обмоток, которое может привести к межвитковому замыканию.
• По напряжению конденсаторы выбираются номиналом не менее, чем в 1,5 раза больше, чем напряжение в сети, так как в момент пуска напряжение на выводах конденсаторов всегда повышенное. Для однофазного напряжения в 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, но опытные электрики всегда советуют использовать 400 или 450 В, так как запас, как известно, «карман не тянет».

Приведем таблицу с номиналами конденсаторов рабочих и пусковых. В качестве примера приведены конденсаторы серий CBB60 и CBB65. Это полипропиленовые пленочные конденсаторы, которые наиболее часто применяют в схемах подключения асинхронных двигателей. Серия CBB65 отличается от CBB60, тем, что они помещены в металлический корпус.

В качестве пусковых применяют электролитические неполярные конденсаторы CD60. Их не рекомендуются применять в качестве рабочих так как продолжительное время их работы делает их жизнь менее продолжительной.. В принципе, для пуска подходят и CBB60, и CBB65, но они имеют при равных емкостях более объемные габариты, чем CD60. В таблице приведем примеры только тех конденсаторов, которые рекомендованы к использованию в схемах подключения электродвигателей.

Как выбрать конденсаторы для подключения однофазного и трехфазного электродвигателя в сеть 220 В

Очень часто случается, особенно в быту, что надо подключить асинхронный электродвигатель к стандартной однофазной сети переменного тока с действующим напряжением 220 вольт. А двигатель при этом трехфазный! Данная задача является типичной, когда нам нужно установить наждак или сверлильный станок например в гараже.

Чтобы все правильно устроить, используют так называемые пусковые и рабочие (фазосдвигающие) конденсаторы. Вообще конденсаторы бывают разного типа, разной емкости, и прежде чем приступать к построению цепи, необходимо выбрать конденсаторы подходящего типа, номинального напряжения и правильно рассчитать их требуемую емкость.

Всем известно, что электрический конденсатор представляет собой две разделенные диэлектриком проводящие обкладки, и служит для накопления, временного хранения и отдачи электрического заряда, то есть электрической энергии.

Есть два типа конденсаторов, полярные и неполярные. Неполярные допускается использовать в цепях переменного тока, полярные — нет. Если полярный конденсатор включить в цепь переменного тока, то очень скоро в слое диэлектрика произойдет короткое замыкание, и конденсатор выйдет из строя. Неполярные же одинаково эффективно реагируют на напряжение любой полярности, прикладываемое к его обкладкам, и на переменное — тоже.

Итак, выбирая рабочий конденсатор для трехфазного двигателя, необходимо принять в расчет несколько основных параметров рабочей цепи переменного тока. Указанная ниже формула в приведенном виде для вычисления емкости рабочего конденсатора в микрофарадах, при частоте тока в сети 50 Гц, выглядит так:

Здесь, в зависимости от схемы соединения обмоток статора двигателя («звезда» или «треугольник») коэффициент в начале формулы примет значение 4800 — для «треугольника» или 2800 — для «звезды». I – номинальная величина действующего тока статора подключаемого двигателя.

Номинальный ток I указывается на шильдике (справочной табличке) на корпусе двигателя, либо, если табличка затерта, измеряется токовыми клещами в одной из фаз при обычном трехфазном питании двигателя. U – действующее (среднеквадратичное) напряжение переменного тока сети, к которой будет подключен двигатель с конденсатором, например 220 вольт.

Есть и более простой подход к выбору емкости рабочего конденсатора — на каждые 100 ватт мощности двигателя в соединении «звезда» принимается 7 мкф емкости конденсатора. Если же соединение «треугольник», то емкость на 100 ватт будет 12 мкф.

При выборе емкости конденсатора очень важно не превысить расчетную, иначе ток через обмотку статора превысит номинал, двигатель будет перегреваться и вообще может быстро сгореть.

Когда пуск двигателя осуществляется под нагрузкой, а ведь зачастую так и происходит, поскольку наждачный круг или сверлильное оборудование имеют значительную массу, пусковой ток должен быть больше номинального.

Когда пуск двигателя осуществляется под нагрузкой, а ведь зачастую так и происходит, поскольку наждачный круг или сверлильное оборудование имеют значительную массу, пусковой ток должен быть больше номинального.

Для этого к рабочему конденсатору на время пуска параллельно подключается дополнительный — пусковой конденсатор. Этот конденсатор нужен лишь в течение нескольких секунд, пока двигатель не выйдет на номинальные обороты. После этого пусковой конденсатор отключается и в цепи остается лишь рабочий фазосдвигающий конденсатор.

Емкость пускового конденсатора выбирается в 2,5-3 раза больше емкости рабочего конденсатора. А номинальное напряжение этого конденсатора должно быть по возможности хотя бы в 1,5 раза больше питающего сетевого напряжения. Иногда даже используют последовательно соединенные конденсаторы для получения требуемой пусковой емкости и запаса по напряжению.

Если же двигатель не трехфазный, а однофазный, то у него может присутствовать пусковая обмотка, служащая для создания вращающего момента в секунды запуска. Тут тоже должен присутствовать фазосдвигающий конденсатор. Но однофазные двигатели могут работать в различных режимах.

Если пусковой конденсатор и пусковая обмотка питаются лишь во время запуска, то берут 70 микрофарад на 1 киловатт мощности двигателя. Если рабочий конденсатор вместе с дополнительной обмоткой питаются все время, то берут около 30 микрофарад на киловатт.

Если же пусковой конденсатор подключается на время старта, а рабочий конденсатор продолжает оставаться подключенным во время работы оборудования, то, как правило, значение общей емкости пускового и рабочего конденсатора выбирается из соотношения 1 микрофарад на 100 ватт мощности.

Приведенная в данной статье информация поможет вам рассчитать емкости рабочего и пускового конденсаторов. Пусковой конденсатор удобно приспособить так, чтобы он подключался и отключался специально выведенной кнопкой без фиксации. Однако если после точных расчетов и подключения конденсатора двигатель начинает во время работы ощутимо греться, емкость рабочего конденсатора следует уменьшить.

Что же касается номинального напряжения конденсатора, то обычно конденсаторы на рабочее напряжение меньше 450 вольт не применяют. Лучше всего если конденсатор будет рассчитан на 500 или 600 вольт по переменному току.

В качестве пусковых и рабочих фазосдвигающих конденсаторов замечательно подходят конденсаторы с полипропиленовым диэлектриком, которые так и позиционируются на рынке как «пусковые конденсаторы». Если конденсаторов данного типа в наличии нет, то подойдут и «бумажные» типа МБГО, лишь бы максимальное напряжение соответствовало.

Полипропилленовые пленочные конденсаторы СВВ60(российский аналог К78-17) и СВВ65

Номинальное напряжение: 400В;450В;630В.

Варианты емкостей в мкФ:1,5; 2,0;2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 10; 12; 14; 15; 16; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 100; 120; 150 мкф.

Электролитические неполярные CD60

Номинальное рабочее напряжение: 220—275; 300; 450 В.

Варианты емкостей в мкФ:5,0; 10; 15; 20; 25; 50; 75; 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 1000; 1200; 1500 мкф.

Для того, чтобы «набрать» нужную емкость, можно использовать два и более конденсатора, но при разном соединении результирующая емкость будет отличаться. При параллельном соединении она будет складываться, а при последовательном — емкость будет меньше любого из конденсаторов. Тем не менее такое соединение иногда используют для того, чтобы, соединив два конденсатора на меньшее рабочее напряжение, получить конденсатор, у которого рабочее напряжение будет суммой двух соединяемых. Например, соединив два конденсатора на 150 мкф и 250 В последовательно, получим результирующую емкость 75 мкф и рабочее напряжение 500 В.