Калькулятор емкости фазосдвигающего конденсатора
Случается на практике, например на садовом участке, требуется подключить асинхронный трехфазный электродвигатель(наждак, сверлильный станок) к стандартной однофазной сети переменного тока 220 вольт. Пуск трехфазного электродвигателя обеспечивается за счет переменного магнитного поля от трехфазной сети. В случае с однофазной сетью, достаточный сдвиг магнитного поля не создается, поэтому применяют пусковые и рабочие фазосдвигающие конденсаторы.
Рабочий конденсатор
Рабочий конденсатор постоянно включен в цепи питания и выполняет функцию фазосдвигающей цепи для обмоток электродвигателя. Такие конденсаторы подключаются последовательно с одной из обмоток и должны обеспечивать большой рабочий ресурс наработки. Конденсатор вместе с обмоткой электродвигателя создают колебательный контур, поэтому на конденсаторе возникает повышенное напряжение, превышающее напряжение питания. Это необходимо учитывать при выборе рабочего конденсатора. Превышение расчетной емкости, может отразиться на сильном нагреве двигателя и приведет к повреждению обмоток.
Пусковой конденсатор
Если в момент запуска, присутствует нагрузка на валу, препятствующая свободному вращению используют дополнительный пусковой конденсатор. Время работы пускового конденсатора 3-5 секунд и подключают его параллельно рабочему конденсатору, т.к. требуется повышенная емкость фазосдвигающего конденсатора (в 2-3 раза выше емкости рабочего). После выхода двигателя на рабочую частоту вращения, пусковой конденсатор отключают, и мотор работает за счет сдвига фаз. Это необходимо только для тех двигателей, которые предусматривают данный режим запуска!
В качестве пусковых и рабочих фазосдвигающих конденсаторов используют конденсаторы с полипропиленовым диэлектриком, а рабочее напряжение конденсаторов лучше выбрать 400-500 В, что обеспечит необходимый запас по напряжению в процессе работы.
ВАЖНО! Напряжение 220В является опасным для жизни!
Конденсатор сохраняет накопленный заряд длительное время и при монтаже схемы необходимо проводить его разряд!
Внимательно выбирайте рабочее напряжение для конкретного случая коммутации обмоток ( «треугольник» Δ или «звезда» Y ). Двигатель с обмотками по схеме «звезда» (как в примере расположения параметров), при подключении в сеть 220 В, будет сильно греться, потеряет в мощности и может выйти из строя!
Расчет ёмкости пускового и рабочего конденсатора для трехфазных электродвигателей
Выберите тип подключения двигателя и введите необходимые значения
Тип подключения обмоток двигателя: «треугольник» Δ или «звезда» Y ?
Пример расположения параметров на шильдике двигателя
Введите необходимые значения:
Соединение обмоток двигателя:
В помощь изучающему электронику
Данный справочник собран из разных источников. Но на его создание подтолкнула небольшая книжка «Массовой радиобиблиотеки» изданная в 1964 году, как перевод книги О. Кронегера в ГДР в 1961 году. Не смотря на такую ее древность, она является моей настольной книгой (наряду с несколькими другими справочниками). Думаю время над такими книгами не властно, потому что основы физики, электро и радиотехники (электроники) незыблемы и вечны.
Единица емкости фарада (ф) — емкость такого конденсатора, увеличение заряда которого на 1 кулон (к) вызывает повышение разности потенциалов между обкладками конденсатора на 1 в:
С — емкость, ф;
Q — количество электричества, к;
U — напряжение, в.
На практике обычно пользуются значительно более мелкими единицами емкости см Таблицу 1.
Напряженность поля Е между двумя пластинами (обкладками) конденсатора вычисляется по формуле
U — напряжение между обкладками, S;
a — расстояние между пластинами, м.
Так как на обеих пластинах конденсатора накапливаются заряды противоположной полярности, то эти пластины взаимно притягиваются с силой F. Она рассчитывается в ньютонах (н) следующим образом:
Накопленная в конденсаторе энергия, определяемая в джоулях (дж) , равна:
ΔUс — изменение напряжения на обкладках конденсатора за время Δt.
Эта формула имеет важное практическое значение, она показывает, что напряжение на конденсаторе при его заряде не сразу достигает своего максимального значения.
Точно так же при разряде конденсатора напряжение убывает до нуля не сразу, а постепенно. Конденсатору всегда присущи потери, которые можно представить себе в виде омического сопротивления, соединенного последовательно или параллельно с конденсатором. Если сопротивление Rv включено последовательно с конденсатором (без потерь) то при заряде его от источника, э.д.с. которого равна Е, а внутреннее сопротивление равно нулю (рис. 2), зарядный ток iзар и напряжение на обкладках конденсатора Uс будут меняться по закону
Е — э. д. с., в;
t — время, прошедшее с момента начала заряда, сек.
Величина CRV имеет размерность времени, так как (а • сек/ в) * (в/a) = сек, Ее называют постоянной времени τ конденсатора и она характеризует качество конденсатора и требует учета на временах приближающихся к собственной τ. Rv определяет и мощность потерь при работе конденсатора в цепях переменного тока.
По тем же законам изменяется ток и при включении последовательно с конденсатором резистора R.
Причем время нарастания для RC цепочки равно:
А время нарастания определяется по графику переходного процесса:
Здесь Ta = t2 — t1. Следует обратить ваше внимание, что Э.Д.С. самоиндукции в переключающих схемах с большими паразитными индуктивностями определяется максимальной скоростью нарастания тока. Контроль и точное измерение (или по крайней мере достаточно точная оценка) скорости нарастания тока является весьма важным для обеспечения надежности таких ключей.
К расчету емкости конденсатора для асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ / РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ / КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ / КОНДЕНСАТОР / ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ / INDUCTION MOTOR / REACTIVE POWER / POWER FACTOR / CAPACITOR / ELECTRICAL EQUIVALENT CIRCUIT / ENERGY EFFICIENCY / MATHEMATICAL CHARACTERISTICS
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Мугалимов Риф Гарифович, Мугалимова Алия Рифовна, Кретов Сергей Васильевич, Губайдуллин Артем Рифович
В работе предлагается методика расчета емкости конденсатора для энергоэффективного асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности . Применительно к конструкции такого двигателя разработаны зависимости, позволяющие рассчитывать емкость компенсирующего конденсатора с учетом заданной величины коэффициента мощности электрической машины. Приводятся математические зависимости для различных вариантов электромагнитных схем асинхронного компенсированного двигателя.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Мугалимов Риф Гарифович, Мугалимова Алия Рифовна, Кретов Сергей Васильевич, Губайдуллин Артем Рифович
Нергоэффективные асинхронные двигатели, технико-экономические преимущества и оптимизация себестоимости их создания
Перспективы применения асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности в промышленных электроприводах
Энергоэффективный электропривод на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности для волочильных станов
Моделирование показателей энергоэффективности вариантов электроприводов промышленных установок на основе применения традиционных и компенсированных асинхронных двигателей
Концепция повышения энергоэффективности асинхронных двигателей и электроприводов на их основе
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Capacitance Calculation of the Capacitor for Induction Motors with Individual Reactive Power Compensation
The article proposes method for capacitance calculatiion for energy efficient induction motor with individual reactive power compensation. In relation to the design of such an engine characteristics are developed allowing to calculate the capacity of the compensating capacitor with specified power factor measurements of the electrical machine. mathematical characteristics are given for different electromagnetic induction motor schemes with individual reactive power compensation.
Текст научной работы на тему «К расчету емкости конденсатора для асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности»
Мугалимов Р.Г., Мугалимова А.Р., Кретов С.В., Губайдуллин А.Р.
К РАСЧЕТУ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА ДЛЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИНДИВИДУАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В работе предлагается методика расчета емкости конденсатора для энергоэффективного асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности. Применительно к конструкции такого двигателя разработаны зависимости, позволяющие рассчитывать емкость компенсирующего конденсатора с учетом заданной величины коэффициента мощности электрической машины. Приводятся математические зависимости для различных вариантов электромагнитных схем асинхронного компенсированного двигателя.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, реактивная мощность, коэффициент мощности, конденсатор, электрическая схема замещения, энергоэффективность, математическая зависимость.
Повышение энергоэффективности электроприводов переменного тока возможно путем применения асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности [1-5]. В отличие от традиционных асинхронных двигателей (ТАД), в энергоэффективных асинхронных двигателях (ЭАД) с индивидуальной компенсацией реактивной мощности на статоре размещаются две трехфазные обмотки: рабочая обмотка, подключаемая к электросети, и компенсационная обмотка, подключаемая к трехфазному конденсатору определенной емкости. При определенных соотношениях параметров обмоток двигателя, магнитной системы и емкости компенсирующего конденсатора в электрической машине создается режим феррорезо-нанса токов, обеспечивающий коэффициент мощности электромеханического преобразователя, равный единице. В результате этого повышаются электрический и энергетический КПД, пусковой и критический моменты асинхронного двигателя.
Известны зависимости, позволяющие определять величину емкости конденсатора для ЭАД [6]. Однако они справедливы для двигателя, работающего с номинальными нагрузкой и частотой тока, не учитывают в явной форме изменения нагрузки, частоты питающего напряжения и состояния магнитной системы от под-магничивающего действия емкостного тока компенсационной обмотки. Эти зависимости не могут быть использованы без соответствующих доработок для управления величиной емкости конденсатора ЭАД, работающего с изменяющимися нагрузками и при частотном регулировании скорости вращения.
Задачей данного исследования является получение зависимости величины емкости компенсирующего конденсатора с3, обеспечивающей желаемый коэффициент мощности (cosфж) ЭАД в функции от других параметров его электрической схемы замещения.
Поставленная задача решается при следующих условиях и допущениях: магнитная система двигателя ненасыщенная, электрическая схема замещения линейная, полезная мощность на валу двигателя р2ЭАд равна полезной мощности двигателя р2ТАд, параметры обмоток ротора ЭАД и ТАД одинаковые, параметры ветви намагничивания ЭАД определены с учетом под-магничивания магнитной системы емкостным током компенсационной обмотки по методике, изложенной в
[7]. Расчет емкости компенсирующего конденсатора осуществляется с учетом требований:
1) получение электродвигателя с коэффициентом мощности, равным желаемому или cosф=1,0;
2) получение электродвигателя с КПД, большим или равным КПД реконструируемого двигателя, ПЭАД-ЛТАД-
Методика расчета емкости компенсирующего конденсатора основана на решении уравнения, описывающего эквивалентную проводимость схемы замещения ЭАД (рис. 1) [7].
На рис. 1: яь Х1 — активное и индуктивное сопротивления рабочей обмотки статора; Ят — активное сопротивление ветви намагничивания, пропорциональное потерям в стали магнитной системы; Хт — реактивное сопротивление ветви намагничивания, пропорциональное рабочему магнитному потоку двигателя; Я2′, х2′ — активное и реактивное сопротивления обмотки ротора, приведенные к рабочей обмотке статора; Ян -сопротивление пропорциональное полезной мощности двигателя, определяемое известной формулой
^ = —1], где 5 — скольжение двигателя; Я3\
х3′ — активное и индуктивное сопротивления компенсационной обмотки, приведенные к рабочей обмотке статора; хс3′ — емкостное сопротивление компенсирующего конденсатора, приведенное к рабочей обмотке статора.
Рис. 1. Схема замещения ЭАД
Выразим полную эквивалентную проводимость схемы замещения ЭАД уравнением:
Yi • (Ym+y-+Y;)_ Y • Ym
Как выбрать конденсатор для электродвигателя
Что делать, если требуется подключить двигатель к источнику, рассчитанному на другой тип напряжения (например, трехфазный двигатель к однофазной сети)? Такая необходимость может возникнуть, в частности, если нужно подключить двигатель к какому-либо оборудованию (сверлильному или наждачному станку и пр.). В этом случае используются конденсаторы, которые, однако, могут быть разного типа. Соответственно, надо иметь представление о том, какой емкости нужен конденсатор для электродвигателя, и как ее правильно рассчитать.
Что такое конденсатор
Конденсатор состоит из двух пластин, расположенных друг напротив друга. Между ними помещается диэлектрик. Его задача – снимать поляризацию, т.е. заряд близкорасположенных проводников.
Существует три вида конденсаторов:
- Полярные. Не рекомендуется использовать их в системах, подключенных к сети переменного тока, т.к. вследствие разрушения слоя диэлектрика происходит нагрев аппарата, вызывающий короткое замыкание.
- Неполярные. Работают в любом включении, т.к. их обкладки одинаково взаимодействуют с диэлектриком и с источником.
- Электролитические (оксидные). В роли электродов выступает тонкая оксидная пленка. Считаются идеальным вариантом для электродвигателей с низкой частотой, т.к. имеют максимально возможную емкость (до 100000 мкФ).
Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя
Задаваясь вопросом: как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя, нужно принять во внимание ряд параметров.
Чтобы подобрать емкость для рабочего конденсатора, необходимо применить следующую расчетную формулу: Сраб.=k*Iф / U сети, где:
- k – специальный коэффициент, равный 4800 для подключения «треугольник» и 2800 для «звезды»;
- Iф – номинальное значение тока статора, это значение обычно указывается на самом электродвигателе, если же оно затерто или неразборчиво, то его измеряют специальными клещами;
- U сети – напряжение питания сети, т.е. 220 вольт.
Таким образом вы рассчитаете емкость рабочего конденсатора в мкФ.
Еще один вариант расчета – принять во внимание значение мощности двигателя. 100 Ватт мощности соответствуют примерно 7 мкФ емкости конденсатора. Осуществляя расчеты, не забывайте следить за значением тока, поступающего на фазную обмотку статора. Он не должен иметь большего значения, чем номинальный показатель.
В случае, когда пуск двигателя производится под нагрузкой, т.е. его пусковые характеристики достигают максимальных величин, к рабочему конденсатору добавляется пусковой. Его особенность заключается в том, что он работает примерно в течение трех секунд в период пуска агрегата и отключается, когда ротор выходит на уровень номинальной частоты вращения. Рабочее напряжение пускового конденсатора должно быть в полтора раза выше сетевого, а его емкость – в 2,5-3 раза больше рабочего конденсатора. Чтобы создать необходимую емкость, вы можете подключить конденсаторы как последовательно, так и параллельно.
Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя
Асинхронные двигатели, 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.
Итак, как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя?
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.