Jak vypočítat kapacitu kondenzátoru pro spuštění elektromotoru?

Zvažování témat souvisejících s jednofázovými elektromotory je vždy zajímavé. Jsou široce používány v každodenním životě a ve výrobě, ale bez správného výběru kondenzátoru nebude takový motor schopen pracovat na plný výkon. Pokusíme se zjistit, jak správně vypočítat kapacitu kondenzátoru pro jednofázový elektromotor 220 voltů. Důležité je nejen porozumět teorii, ale také ji aplikovat v praxi. Pojďme se ponořit do světa elektroinstalace a zjistit, jak na to správně!

Proč potřebujete kondenzátor pro jednofázový elektromotor?

Než se ponoříme do výpočtů, je důležité pochopit, proč potřebujeme kondenzátor v systému s jednofázovým motorem. Mnozí z vás si možná kladou otázku: „Proč se bez toho neobejdeme? Faktem je, že jednofázové elektromotory mohou mít problémy se startováním, protože nemohou vytvořit potřebný točivý moment pro pohyb bez další pomoci. Kondenzátor funguje jako spouštěcí zařízení, poskytuje potřebný fázový rozdíl a zvyšuje točivý moment při startu.

Tento přístup umožňuje motoru „vyskočit“ a dát se do pohybu. Po nastartování může kondenzátor pokračovat v plnění svých funkcí během provozu motoru, což také zlepšuje jeho výkon. Bez kondenzátoru se motor nemusí spustit nebo může pracovat přerušovaně, což nevyhnutelně povede k poruše zařízení.

Typy kondenzátorů

Dalším krokem je pochopení typů kondenzátorů, které se používají v jednofázových elektromotorech. Motorové kondenzátory jsou rozděleny do několika kategorií, z nichž každá je vhodná pro své vlastní účely. Mezi hlavní typy patří:

• Olejové kondenzátory – mají vysokou kapacitu a odolnost proti přehřátí, ale mají své nevýhody, jako je vysoká cena a velikost.
• Elektrolytické kondenzátory – často se používají v domácích zařízeních, ale jsou méně spolehlivé a mají kratší životnost.
• Keramické kondenzátory – vhodné pro malé motory, mají vysoký napěťový odpor, ale mají malou kapacitu.
• Filmové kondenzátory – ideální pro většinu jednofázových motorů, protože poskytují stabilní provoz a dlouhou životnost.

Důležitým hlediskem při výběru kondenzátoru je, aby vyhovoval požadavkům vašeho motoru. Pokud například plánujete provozovat motor v horkém prostředí, může se vám hodit kondenzátor naplněný olejem.

Jak určit potřebné parametry pro výpočet

Nyní se podíváme na to, jaké parametry potřebujeme znát při výpočtu kapacity kondenzátoru. Obvykle budou vyžadovány následující informace:

1. Výkon motoru (ve wattech, W) – tento indikátor vám pomůže pochopit, jaké zatížení bude motor zažívat.
2. Síťové napětí (ve voltech, V) – u jednofázového motoru 220 V je tato hodnota pevná.
3. Účiník (cos φ) — tento parametr určuje účinnost využití elektřiny. Čím blíže k jedné, tím lépe.

Po shromáždění těchto dat můžete přistoupit k samotnému výpočtu. Typicky se kapacita kondenzátoru vypočítá pomocí následujícího vzorce:

Vzorec pro výpočet kapacity

C = (P * 10^6) / (2 * π * f * U^2 * cos φ)

• C — kapacita kondenzátoru v mikrofaradech (μF);
• P — výkon motoru ve wattech (W);
• f — frekvence sítě (pro Rusko je to 50 Hz);
• U — napětí ve voltech (pro jednofázové motory obvykle 220 V);
• cos phi — účiník.

Příklad výpočtu

Nyní, když máme vzorec a potřebné parametry, můžeme se podívat na konkrétní příklad. Řekněme, že máme 750 W jednofázový elektromotor pracující na 220 V, s účiníkem 0,8.

Pro naše výpočty:

• P = 750 W
• U = 220 V
• f = 50 Hz
• cos φ = 0,8

Údaje dosadíme do vzorce:

C = (750 * 10^6) / (2 * π * 50 * 220^2 * 0,8)

Výpočty nám poskytnou hodnotu kapacity kondenzátoru. Po výpočtech získáme přibližnou hodnotu C ≈ 49,5 μF.

Výběr kondenzátoru

Poté, co jsme spočítali potřebné parametry, je důležité nezapomenout, že záleží také na výběru konkrétního modelu kondenzátoru. Nezapomeňte zkontrolovat další specifikace, jako je provozní teplota, napětí a další parametry na obalu. Věnujte pozornost ukazatelům, jako jsou:

• Typ a značka – vybírejte osvědčené značky, abyste se vyhnuli nekvalitnímu vybavení;
• Životnost – Kvalitnější kondenzátory mohou vydržet déle;
• Záruka – Vždy je dobré mít možnost vrátit výrobek, pokud je vadný.

Připojení kondenzátoru

Po výběru a zakoupení vhodného kondenzátoru je důležité jeho správné zapojení. Připojení je provedeno v souladu s pokyny pro motor a kondenzátor, ale obecná doporučení vypadají takto:

1. Včetně kondenzátoru v obvodu – doporučuje se zapojit kondenzátor do série s vinutím pracovního motoru.
2. Kontrola polarity – U elektrolytických kondenzátorů je kritické správné zapojení polarity. Nesprávné připojení může vést k jejich zničení.
3. První spuštění motoru – po připojení se vyplatí zkontrolovat, jak motor funguje s novým kondenzátorem. Ujistěte se, že startuje hladce bez náhlých trhnutí nebo zvuků.

Problémy a řešení

Stejně jako v každém jiném podnikání mohou při práci s kondenzátory nastat různé problémy. Zde jsou některé běžné situace a jejich řešení:

Porucha kondenzátoru

Bohužel kondenzátory mohou selhat. To se obvykle projevuje:

• Porucha motoru;
• Vzhled kliknutí a jiných neobvyklých zvuků během provozu;
• Nutnost uvést motor do přetížení.

Pokud zaznamenáte některý z těchto příznaků, vyplatí se co nejdříve zkontrolovat kondenzátor a v případě potřeby jej vyměnit.

Nesprávná kapacita kondenzátoru

Pokud si všimnete, že váš motor má potíže se startováním nebo chodem, možná jste zvolili nesprávnou kapacitu. Pamatujte, že je velmi důležité provést výpočet správně. Někdy může být užitečné poradit se s odborníkem nebo kontaktovat výrobce motoru.

Závěr

Abychom to shrnuli, zjistili jsme, jak správně vypočítat kapacitu kondenzátoru pro 220voltový jednofázový elektromotor. Probrali jsme důležitost kondenzátoru, typy existujících modelů, fáze výpočtu a výběr vhodného zařízení. Znalost těchto nuancí znamená, že můžete prodloužit životnost svého zařízení a zajistit jeho spolehlivý provoz. Nákupem kondenzátoru investujete do dlouhé životnosti vašich elektrických zařízení.

Doufáme, že tento článek byl pro vás užitečný a nyní můžete správně vybrat a připojit kondenzátor pro váš jednofázový elektromotor. Zůstaňte s námi a budete vždy informováni o nejaktuálnějších problémech s elektronikou!

Pro normální provoz kondenzátorového startovacího elektromotoru je nutné, aby se kapacita použitého kondenzátoru měnila v závislosti na otáčkách. V praxi je tato podmínka dosti obtížně splnitelná, proto se používá dvoustupňové řízení motoru. Při spouštění motoru se zapojí dva kondenzátory a po zrychlení se jeden kondenzátor odpojí a zůstane pouze pracovní.

1.2. Výpočet parametrů a prvků elektromotoru.

Pokud je například na datovém listu elektromotoru uvedeno jeho napájecí napětí 220/380, pak je motor připojen k jednofázové síti podle schématu na obr. 1

Schematické schéma zapojení třífázového elektromotoru do sítě 220 V

C r – pracovní kondenzátor;

C p – startovací kondenzátor;
P1 – paketový přepínač

Po zapnutí dávkového spínače P1, P1.1 a P1.2 se sepnou, poté musíte okamžitě stisknout tlačítko „Zrychlení“. Po nabrání rychlosti se tlačítko uvolní. Reverzace elektromotoru se provádí přepínáním fáze na jeho vinutí páčkovým spínačem SA1.

Kapacita pracovního kondenzátoru Cp v případě připojení vinutí motoru do „trojúhelníku“ je určena vzorcem:

kde
Ср – kapacita pracovního kondenzátoru v μF;
I – proud spotřebovaný elektromotorem v A;
U – síťové napětí, V

A v případě připojení vinutí motoru do „hvězdy“ je určeno vzorcem:

kde
Ср – kapacita pracovního kondenzátoru v μF;
I – proud spotřebovaný elektromotorem v A;
U – síťové napětí, V

Proud spotřebovaný elektromotorem ve výše uvedených vzorcích se známým výkonem elektromotoru lze vypočítat z následujícího výrazu:

kde
P – výkon motoru ve W, uvedený v jeho pasu;
h – účinnost;
cos j – účiník;
U – síťové napětí, V

Kapacita startovacího kondenzátoru Cn je zvolena tak, aby byla 2 až 2,5 krát větší než kapacita pracovního kondenzátoru. Tyto kondenzátory musí být dimenzovány na napětí 1,5 násobku síťového napětí. Pro síť 220 V je lepší použít kondenzátory jako MBGO, MBPG, MBGCh s provozním napětím 500 V a vyšším. Po krátkodobém zapnutí lze jako rozběhové kondenzátory použít elektrolytické kondenzátory typu K50-3, EGC-M, KE-2 s provozním napětím minimálně 450 V. Pro větší spolehlivost jsou elektrolytické kondenzátory zapojeny do série , spojující jejich záporné póly k sobě a jsou bočníkové diody (obr. 2)

Schéma zapojení elektrolytických kondenzátorů pro použití jako spouštěcí kondenzátory.

Celková kapacita připojených kondenzátorů bude (C1+C2)/2.

V praxi se hodnoty kapacity pracovních a startovacích kondenzátorů volí v závislosti na výkonu motoru podle tabulky. 1

Tabulka 1. Hodnota kapacit pracovních a rozběhových kondenzátorů třífázového elektromotoru v závislosti na jeho výkonu při připojení k síti 220 V.

Je třeba poznamenat, že u elektromotoru s kondenzátorem spouštěným v režimu naprázdno protéká kondenzátorem napájeným o 20. 30 % vyšší než jmenovitý. V tomto ohledu, pokud je motor často používán v režimu nízké zátěže nebo při volnoběhu, pak v tomto případě kapacita kondenzátoru C_р by měla být snížena. Může se stát, že při přetížení se elektromotor zastaví, k jeho rozběhu se opět připojí spouštěcí kondenzátor, čímž se zátěž úplně odstraní nebo se sníží na minimum.

Kapacita startovacího kondenzátoru C_п lze snížit při spouštění elektromotorů na volnoběh nebo při nízké zátěži. Chcete-li zapnout například elektromotor AO2 o výkonu 2,2 kW při 1420 ot./min, můžete použít pracovní kondenzátor s kapacitou 230 μF a spouštěcí kondenzátor – 150 μF. V tomto případě se elektromotor s jistotou spustí s malým zatížením hřídele.

1.3. Přenosná univerzální jednotka pro spouštění třífázových elektromotorů o výkonu cca 0,5 kW ze sítě 220 V.

Pro spouštění elektromotorů různých řad o výkonu cca 0,5 kW z jednofázové sítě bez reverzace lze sestavit přenosnou univerzální startovací jednotku (obr. 3)

Schematické schéma přenosné univerzální jednotky pro spouštění třífázových elektromotorů o výkonu cca 0,5 kW ze sítě 220 V bez zpětného chodu.

Po stisku tlačítka SB1 se spustí magnetický spouštěč KM1 (přepínač SA1 je sepnut) a jeho kontaktní systém KM 1.1, KM 1.2 připojí elektromotor M1 k síti 220 V současně třetí skupinu kontaktů KM 1.3 zavře tlačítko SB1. Po úplném zrychlení motoru vypněte startovací kondenzátor C1 pomocí páčkového spínače SA1. Motor se zastaví stisknutím tlačítka SB2.

1.3.1. Podrobnosti.

Zařízení využívá elektromotor A471A4 (AO2-21-4) o výkonu 0,55 kW při 1420 ot./min a magnetický startér typu PML, určený pro střídavé napětí 220 V. Tlačítka SB1 a SB2 jsou spárována typu PKE612. Přepínač T1-2 se používá jako přepínač SA1. V zařízení je konstantní rezistor R1 vinutý drátem typu PE-20 a rezistor R2 je typu MLT-2. Kondenzátory C1 a C2 typ MBGCh pro napětí 400 V. Kondenzátor C2 je tvořen paralelně zapojenými kondenzátory 20 μF 400 V. Lampa HL1 typ KM-24 a 100 mA.

Startovací zařízení je namontováno v kovovém pouzdře o rozměrech 170x140x50 mm (obr. 4)

2 – madlo na přenášení
3 – signálka
4 – vypínač
startovací kondenzátor

5-tlačítka
“Start” a “Stop”
6 – upraveno
elektrická zástrčka
7- panel se zásuvkami
konektor

Na horním panelu pouzdra jsou tlačítka „Start“ a „Stop“ – signálka a přepínač pro vypnutí startovacího kondenzátoru. Na předním panelu skříně přístroje je konektor pro připojení elektromotoru.

Pro vypnutí startovacího kondenzátoru lze použít přídavné relé K1, pak není potřeba pákový spínač SA1 a kondenzátor se vypne automaticky (obr. 5).

Schéma spouštěcího zařízení s automatickým vypnutím spouštěcího kondenzátoru.

Když stisknete tlačítko SB1, relé K1 se aktivuje a dvojice kontaktů K1.1 zapne magnetický startér KM1 a K1.2 zapne startovací kondenzátor C_п. Magnetický startér KM1 je sám blokován pomocí svého páru kontaktů KM 1.1 a kontakty KM 1.2 a KM 1.3 připojují elektromotor k síti. Držte tlačítko „Start“ stisknuté, dokud motor zcela nezrychlí, a poté jej uvolněte. Relé K1 je bez napětí a vypíná spouštěcí kondenzátor, který je vybíjen přes rezistor R2. Magnetický startér KM 1 přitom zůstává zapnutý a dodává energii elektromotoru v provozním režimu. Pro zastavení elektromotoru stiskněte tlačítko „Stop“. Ve vylepšeném spouštěcím zařízení podle schématu na obr. 5 lze použít relé typu MKU-48 nebo podobně.

2. Použití elektrolytických kondenzátorů ve spouštěcích obvodech elektromotorů.

Při připojování třífázových asynchronních elektromotorů k jednofázové síti se zpravidla používají běžné papírové kondenzátory. Praxe ukázala, že místo objemných papírových kondenzátorů lze použít oxidové (elektrolytické) kondenzátory, které jsou rozměrově menší a cenově dostupnější. Ekvivalentní náhradní schéma pro konvenční papír je znázorněno na Obr. 6

Schematické schéma výměny papírového kondenzátoru (a) za elektrolytický (b, c).

Kladná půlvlna střídavého proudu prochází řetězcem VD1, C2 a záporná půlvlna VD2, C2. Na základě toho je možné použít oxidové kondenzátory s přípustným napětím, které je poloviční než u konvenčních kondenzátorů stejné kapacity. Pokud je například v obvodu pro jednofázovou síť s napětím 220 V použit papírový kondenzátor s napětím 400 V, pak při jeho výměně můžete podle výše uvedeného schématu použít elektrolytický kondenzátor s napětí 200 V. Ve výše uvedeném diagramu jsou kapacity obou kondenzátorů stejné a jsou voleny stejným způsobem jako způsob výběru kondenzátorů papírových kondenzátorů pro spouštěcí zařízení.

2.1. Připojení třífázového motoru k jednofázové síti pomocí elektrolytických kondenzátorů.

Schéma zapojení třífázového motoru do jednofázové sítě pomocí elektrolytických kondenzátorů je na obr. 7. Obr.

Schematické schéma zapojení třífázového motoru do jednofázové sítě pomocí elektrolytických kondenzátorů.

Ve výše uvedeném schématu je SA1 přepínač směru otáčení motoru, SB1 je tlačítko akcelerace motoru, elektrolytické kondenzátory C1 a C3 se používají ke spouštění motoru, C2 a C4 se používají během provozu.

Výběr elektrolytických kondenzátorů v obvodu znázorněném na Obr. 7 se nejlépe provádí pomocí proudových kleští. Proudy se měří v bodech A, B, C a rovnosti proudů v těchto bodech se dosahuje postupným výběrem kapacit kondenzátorů. Měření se provádějí s motorem naloženým v režimu, ve kterém se očekává jeho provoz. Diody VD1 a VD2 pro síť 220 V se volí s maximálním přípustným zpětným napětím minimálně 300 V. Maximální propustný proud diody závisí na výkonu motoru. Pro elektromotory s výkonem do 1 kW jsou vhodné diody D245, D245A, D246, D246A, D247 se stejnosměrným proudem 10 A S vyšším výkonem motoru od 1 kW do 2 kW je třeba vzít výkonnější diody s odpovídajícím dopředným proudem nebo paralelně dejte několik méně výkonných diod a instalujte je na radiátory.

Mělo by být zaplaceno UPOZORNĚNÍ skutečnost, že při přetížení diody může dojít k jejímu průrazu a elektrolytickým kondenzátorem bude protékat střídavý proud, což může vést k jeho zahřátí a výbuchu.

3. Připojení výkonných třífázových motorů do jednofázové sítě.

Kondenzátorový obvod pro připojení třífázových motorů k jednofázové síti umožňuje získat z motoru nejvýše 60 % jmenovitého výkonu, přičemž limit výkonu elektrifikovaného zařízení je omezen na 1,2 kW. To zjevně nestačí na provoz elektrického hoblíku nebo elektrické pily, které by měly mít výkon 1,5. 2 kW. Problém v tomto případě lze vyřešit použitím elektromotoru s vyšším výkonem, např. o výkonu 3. 4 kW. Motory tohoto typu jsou navrženy pro napětí 380 V, jejich vinutí jsou zapojena do hvězdy a svorkovnice obsahuje pouze 3 svorky. Připojení takového motoru do sítě 220 V vede ke snížení jmenovitého výkonu motoru o 3x a o 40% při provozu v jednofázové síti. Toto snížení výkonu činí motor nevhodným pro provoz, ale může být použit pro roztočení rotoru naprázdno nebo s minimální zátěží. Praxe ukazuje, že většina elektromotorů s jistotou zrychluje na jmenovitou rychlost a v tomto případě startovací proudy nepřesahují 20 A.

3.1. Zdokonalení třífázového motoru.

Nejjednodušší způsob, jak převést výkonný třífázový motor do provozního režimu, je převést jej na jednofázový provozní režim, přičemž dostává 50 % jmenovitého výkonu. Přepnutí motoru do jednofázového režimu vyžaduje mírnou úpravu. Otevřete svorkovnici a zjistěte, na kterou stranu krytu krytu motoru pasují svorky vinutí. Odšroubujte šrouby zajišťující kryt a sejměte jej z krytu motoru. Najděte místo, kde jsou tři vinutí připojena ke společnému bodu a ke společnému bodu připájejte další vodič o průřezu odpovídajícím průřezu vodiče vinutí. Zákrut s pájeným vodičem je izolován elektrickou páskou nebo polyvinylchloridovou trubicí a přídavná svorka je vtažena do svorkovnice. Poté se víko pouzdra vymění.

Spínací obvod elektromotoru bude mít v tomto případě tvar znázorněný na Obr. 8.

Schematické schéma spínání vinutí třífázového elektromotoru pro zařazení do jednofázové sítě.

Při akceleraci motoru se používá hvězdicové zapojení vinutí se zapojením fázově posunutého kondenzátoru Sp. V provozním režimu zůstává k síti připojeno pouze jedno vinutí a otáčení rotoru je podporováno pulzujícím magnetickým polem. Po přepnutí vinutí se přes rezistor Rр vybije kondenzátor Cn. Provoz prezentovaného okruhu byl testován s motorem typu AIR-100S2Y3 (4 kW, 2800 ot./min) instalovaným na podomácku vyrobeném dřevoobráběcím stroji a prokázal jeho účinnost.

3.1.1. Podrobnosti.

Ve spínacím obvodu vinutí elektromotoru by měl být jako spínací přístroj SA1 použit paketový spínač s provozním proudem minimálně 16 A, např. spínač typu PP2-25/N3 (dvoupólový s neutrálem, pro proud 25 A). Spínač SA2 může být libovolného typu, ale s proudem minimálně 16 A. Pokud není požadována reverzace motoru, pak lze tento spínač SA2 z obvodu vyřadit.

Nevýhodou navrhovaného schématu připojení výkonného třífázového elektromotoru k jednofázové síti lze považovat citlivost motoru na přetížení. Pokud zatížení hřídele dosáhne poloviny výkonu motoru, může se rychlost otáčení hřídele snižovat, dokud se úplně nezastaví. V tomto případě je zátěž odstraněna z hřídele motoru. Přepínač se nejprve přesune do polohy „Zrychlení“ a poté do polohy „Práce“ a další práce pokračuje.

Pro zlepšení startovacích charakteristik motorů lze kromě rozběhového a provozního kondenzátoru použít i indukčnost, která zlepšuje rovnoměrnost fázové zátěže. To vše je napsáno v článku Zařízení pro spouštění třífázového elektromotoru s nízkými ztrátami výkonu.