Пусковые и рабочие конденсаторы для электродвигателей
Для того, чтобы любой электродвигатель смог работать, на его ротор должно воздействовать вращающееся электромагнитное поле.
В многофазных (например трехфазных) двигателях такое поле создается за счет подводимого к его обмоткам многофазного напряжения.
Для включения трехфазных двигателей в однофазную линию электроснабжения (бытовую сеть) необходимо собирать специальную схему, которая будет преобразовывать электромагнитное поле в двигателе во вращающее.
Промышленностью выпускаются специальные двигатели, способные работать в однофазных сетях (бытовых) электроснабжения.
Такие двигатели называются конденсаторными.
Конденсаторные двигатели — разновидность асинхронных двигателей, в обмотки которого включены конденсаторы для создания сдвига фазы тока относительно вектора напряжения магнитного поля.
Конденсаторные двигатели подключаются в однофазную сеть посредством специальных схем. По количеству фаз статора делятся на двухфазные и трехфазные.
Существуют разные схемы подключения, больше вариантов для трёхфазных двигателей, различающиеся способом соединения обмоток двигателя и составом дополнительных элементов, но минимальная работоспособная схема содержит один конденсатор, от чего и происходит название.
Как правило, одна из обмоток («фаза двигателя») запитывается напрямую от однофазной сети, а другие обмотки запитывается через электрический конденсатор, который сдвигает фазу подводимого тока почти на +90°, или через катушку индуктивности, которая сдвигает фазу почти на −90°. Чтобы результирующее вращающееся магнитное поле не было эллиптическим, последовательно с конденсатором включается переменный проволочный резистор, с помощью которого добиваются кругового вращающегося магнитного поля.
Ниже приведна схема включения такого двигателя
Промышленные конденсаторные двигатели имеют в основе, как правило, двухфазный двигатель (проще производство и схема подключения). Трёхфазные двигатели переделываются под однофазную сеть обычно в частном порядке или мелкосерийном производстве в силу массовости таких типов двигателей и сетей, выбирая при этом между сложностью схемы и недоиспользованием мощности двигателя.
Такие двигатели используются в основном в бытовой технике малой мощности: активаторных стиральных машинах, механизмах катушечных и стационарных кассетных магнитофонов, недорогих проигрывателях виниловых дисков, вентиляторах и другой подобной технике.
Также такие двигатели применяются в циркуляционных насосах водопроводных и отопительных систем, и в воздуходувках и дымососах отопительных и водонагревательных агрегатов.
Трёхфазные асинхронные двигатели в однофазную электрическую сеть включают через фазосдвигающий конденсатор.
Вывод одной обмотки электродвигателя подключается к «фазовому» проводу, вывод второй обмотки — к нейтральному проводу. Вывод третьей обмотки подключается через конденсатор, ёмкость которого подбирается по формулам, в зависимости от того, как соединены обмотки двигателя — «звездой» или «треугольником».
Если обмотки соединены «звездой», тогда ёмкость «рабочего» конденсатора должна быть
.
Если обмотки соединены «треугольником», тогда ёмкость «рабочего» конденсатора должна быть
, где
— напряжение сети, вольт;
— рабочий ток двигателя, ампер;
— электрическая ёмкость, микрофарад.
При пуске двигателя кнопкой подключается пусковой конденсатор , ёмкость которого должна быть в два раза больше ёмкости рабочего. Как только двигатель наберёт нужные обороты, кнопку «Пуск» отпускают.
Переключатель позволяет изменять направление вращения электродвигателя. Выключатель
отключает электродвигатель.
Используя паспортные данные электродвигателя, можно определить его рабочий ток по формуле:
, где
— электрическая мощность двигателя, Ватт;
— напряжение сети, вольт;
— коэффициент полезного действия;
— коэффициент мощности.
Это практически единственный способ реализации асинхронного двигателя в обычной бытовой однофазной сети.
Недостатки
Ёмкость конденсатора подобрана для случая оптимальной частоты вращения двигателя. В случае, если частота вращения ниже оптимальной (пуск или большая механическая нагрузка, особенно переменная) противо-ЭДС в обмотке, подключенной через конденсатор, отклоняется от идеального значения, что разбалансирует всю схему и приводит к появлению эллиптического магнитного поля с сильным падением мощности.
Поэтому схема применима только для небольших или для практически постоянных нагрузок, как, например, в проигрывателе виниловых дисков или же отопительном циркуляционном насосе. В пылесосе же, например, это невозможно, и потому там применяется коллекторный двигатель.
Кроме того, конденсаторный двигатель, как и любой асинхронный, предъявляет довольно высокие требования к качеству синусоиды и частоте питающего напряжения. Потому устройства, содержащие такие двигатели нельзя подключать к дешёвому «компьютерному» ИБП — в режиме работы от батарей такой ИБП дает часто не синус, а меандр, иногда с частотой куда выше 50 Гц. Такие устройства требуют online UPS.