Калькулятор конденсатора для электродвигателя

Для чего нужен конденсатор в электродвигателе?

Электродвигатель работает за счет вращающегося магнитного поля. В трехфазной сети это поле создается естественно — три фазы по очереди подают напряжение, и магнитное поле «крутится» вокруг ротора, заставляя его вращаться.

Но в сети 220В — одна фаза и ноль. Одной фазы недостаточно, чтобы создать вращающееся поле. Если просто подключить однофазный двигатель к сети, он не запустится сам — ротор будет «трястись» на месте, но не начнет вращаться.

Конденсатор в цепи электродвигателя выполняет ключевую роль — он создает фазовый сдвиг между током и напряжением, необходимый для образования вращающегося магнитного поля. Без этого сдвига однофазный асинхронный двигатель не сможет самостоятельно запуститься.

Как аналогию, можно привести ситуацию с раскачиванием на качелях. Чтобы они раскачивались, нужно прикладывать усилие в правильный момент времени. Конденсатор обеспечивает этот "правильный момент" для магнитного поля двигателя.

Трехфазные двигатели не нуждаются в конденсаторах, если работают от трехфазной сети — вращающееся поле создается естественно.

Но с ними часто возникает обратная проблема. Т.к. они предназначены для сетей 380В и часто подключаются к сетям 220В, чтобы обеспечить корректную работу электродвигателя они подключаются через конденсаторная схему «звезда» (Y) или «треугольник» (Δ) для искусственного создания второй фазы.

Как рассчитать емкость конденсатора для двигателя?

Для начала необходимо понимать, что в электродвигателях применяются конденсаторы для пуска и работы, и они не взаимозаменяемы.

Пусковой конденсатор (С_пуск) — создает мощный фазовый сдвиг в момент включения, чтобы двигатель мог тронуться с места и быстро выйти на рабочие обороты, особенно под нагрузкой. Как только двигатель разогнался, его сразу же отключают.

Рабочий конденсатор (С_раб) — это часть системы питания двигателя. Он постоянно включен в цепь и его задача — создавать вращающееся магнитное поле, необходимое для стабильной и эффективной работы двигателя на всех оборотах.

Емкость пускового конденсатора обычно в 2-3 раза больше рабочего, чтобы создать максимально мощный магнитный импульс, который резко "дернет" ротор с места и преодолеет силу инерции и нагрузку.

Поэтому «по умолчанию» формула для расчета пускового конденсатора выглядит следующим образом:

C_пуск = C_раб × 2.5

Но чтобы рассчитать пусковой конденсатор, нужно сначала вычислить емкость рабочего. Все дальнейшие расчеты основаны на том, чтобы емкости конденсатора было достаточно для того, чтобы создать фазовый сдвиг тока, необходимого для работы асинхронных двигателей в одно- трехфазной сети.

Все следующие расчеты справедливы для сетей с частотой 50Гц.

Упрощенная формула для однофазного двигателя:

C_раб = k × P / U² × (0.8 / cosφ) × (0.8 / η)

• С — емкость рабочего конденсатора, мкФ;
• P — мощность, Вт;
• U — напряжение питания, В;
• cosφ — коэффициент мощности электродвигателя;
• η — коэффициент полезного действия электродвигателя;
• k — коэффициент округления/усреднения промежуточных результатов (принимается равным 70).

Смысл множителей вида «(0.8 / cosφ)» в том, если двигатель имеет cosφ = 0.8, множитель становится равен 1 и не влияет на расчет. Если двигатель хуже (например, cos φ = 0.7), этот множитель (0.8/0.7 ≈ 1.14) увеличит расчетную емкость, чтобы скомпенсировать низкий cosφ. Если двигатель лучше — емкость уменьшится.

Приблизительный расчет для трехфазного двигателя:

C_раб = (I × k₁) / U × k₂

• С — емкость рабочего конденсатора, мкФ;
• I — номинальный ток электродвигателя, А;
• U — напряжение питания, В;
• k₁ — коэффициент округления/усреднения промежуточных результатов (принимается равным: 2650);
• k₂ — коэффициент схемы подключения (принимается равным: 1.2 для «треугольника», 0.9 для «звезды»).

Сводный расчет для адаптации 380В к 220В:

C_раб = (I × k₁) / U × k₂ × (0.8 / cosφ) × (0.8 / η)

• С — емкость рабочего конденсатора, мкФ;
• I — номинальный ток электродвигателя, А;
• U — напряжение питания, В;
• cosφ — коэффициент мощности электродвигателя;
• η — коэффициент полезного действия электродвигателя;
• k₁ — коэффициент округления/усреднения промежуточных результатов (принимается равным: 2650);
• k₂ — коэффициент схемы подключения (принимается равным: 1.2 для «треугольника», 0.9 для «звезды»).