Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов

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.

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.

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.

Обзор моделей

Существует несколько популярных моделей, которые можно встретить в продаже.

Стоит отметить, что эти модели отличаются не по емкости, а по виду конструкции:

1. Металлизированные полипропиленовые варианты исполнения марки СВВ-60. Стоимость подобного варианта исполнения около 300 рублей.
2. Пленочные марки НТС стоят несколько дешевле. При одинаковой емкости, стоимость составляет около 200 рублей.
3. Э92 – продукция отечественных производителей. Их стоимость небольшая – порядком 120-150 рублей при той же емкости.

Существуют и другие модели, зачастую они отличаются типом используемого диэлектрика и видом изоляционного материала.

Конденсатор представляет собой пассивный электронный компонент, который имеет два полюса с определенным или переменным значением емкости. Еще он обладает малой проводимостью

Важно разобраться, для чего нужно конденсатор в электродвигателе и автомобиле, поскольку согласно информации, представленной на форумах, у многих людей неправильное представление по этому поводу, и они просто недооценивают значимость этого устройства

Для чего нужен конденсатор?

Устройство используется во всех электрических и радиотехнических схемах. Для каких целей в схему включают конденсатор:

1. Выступает в роли сопротивления, что позволяет использовать его в качестве фильтра, чтобы подавлять ВЧ и НЧ помехи.
2. Применяют для фотовспышек и лазеров, а все благодаря способности устройства накапливать заряд и быстро разряжаться, создавая импульс.
3. Помогает компенсировать реактивную энергию, что позволяет использовать его в промышленности.
4. Благодаря умению накапливать и долгое время сохранять заряд конденсатор можно использовать для сохранения информации и для питания маломощных устройств.

Для чего нужен автомобильный конденсатор?

Это устройство может выполнять несколько функций в автомобиле. Например, их используют, чтобы создать высокие показатели напряженности во всей электрической системе в авто. Чаще всего конденсатор применяют для автомобильной акустики. Говоря о том, зачем нужен конденсатов в автозвуке, заметим, что его основное предназначение заключается в помощи усилителю быстро отдавать имеющуюся мощность на пиках низких частот.

Если в акустической системе конденсатор не используется, тогда звук баса не будет таким четким, а также может возникать просадка в питании всей электрической сети автомобиля. Подобные скачки напряжения в итоге могут привести к тому, что сабвуфер попросту сломается.

При выборе конденсатора для автомобиля руководствуйтесь таким правилом, что на 1 кВт мощности должно приходиться 1 Ф. Выбирайте качественный конденсаторы и лучше всего, если у них будет смеха управления зарядом.

Стоит также выяснить, как правильно установить конденсатор. Лучше всего делать это максимально близко к сабвуферному усилителю, поскольку именно на него приходится самая большая нагрузка. Расстояние не должно быть больше 60 см. Тип подключения – параллельное.

Зачем нужен конденсатор в электродвигателе?

Для правильной работы некоторых двигателей необходимо использовать пусковой и рабочий конденсаторы. Основное предназначение пускового конденсатора заключается в повышении пусковых характеристик двигателя. Это устройство помогает уменьшить время входа двигателя в его рабочий режим, одновременно увеличить крутящийся момент и облегчить процесс запуска двигателя.

Что касается рабочего конденсатора, то он вовлечен в работу на протяжении всего времени работы двигателя. Это устройство обеспечивает допустимый нормами нагрев обмоток, оптимальную нагрузочную способность и экономичность электрического двигателя. Еще он способствует максимальному крутящему моменту и увеличению срока службы двигателя.

Теперь следует выяснить, какой конденсатор нужен для двигателя. Емкость этого устройства обычно выбирается из расчета, что на 100 Вт должно приходиться 6,6 мФ. Порой данное значение является некорректным, поэтому лучше всего подбирать емкость путем экспериментов. Есть несколько способ подбора, но наиболее точные значения можно получить благодаря подключению двигателя через амперметр

Важно проконтролировать потребляемый ток при разных емкостях. Задача заключается в том, чтобы найти, при какой емкости значение тока на амперметре будет минимальным

Характеристики конденсатора

Помимо ёмкости, существуют другие параметры и характеристики конденсаторов. Наиболее важные из них такие:

• номинальное напряжение;
• тип конденсатора;
• допустимое отклонение номинала;
• эквивалентное последовательное сопротивление (ESR);
• полярность;
• и более десятка других менее важных характеристик.

Измеритель емкости конденсаторов

Превышать рабочее напряжение конденсатора категорически нельзя. В идеале лучше подбирать ёмкость с запасом по вольтажу в 1,5-2 раза.

Электрические ёмкости изготавливаются из огромного перечня различных материалов: алюминий, тантал, керамика и очень многое другое. В результате имеется большое разнообразие этих приборов: электролитические, плёночные, «флажки», фарфоровые, полимерные и др.

В некоторых схемах важно применить точную ёмкость, в других – допустимо существенное отклонение этого параметра. Поэтому конденсаторы бывают с различными допустимыми погрешностями: от +/-20% вплоть до +/-0,05%

ESR (equivalent series resistance) – сравнительно новое понятие. Оно указывает на внутреннее сопротивление конденсатора в контексте переменного и импульсного тока.

У электролитических конденсаторов есть полярность, т.е., подключая их, нужно учитывать где «+», а где «-». У большинства остальных накопителей заряда такого свойства нет.

Дополнительная информация. О высоком уровне ESR конденсаторов в лампочке со светодиодами можно судить по её мерцанию. LED светильник с исправными ёмкостями должен давать сплошной свет.

Схема подключения «звезда»

В случае если на клеммнике электродвигателя 6 выводов — следует их прозвонить по отдельности и определить, какие выводы связаны друг с другом. В паспорте мотора нужно найти назначение выводов. После этого схема переподключается, формируя привычный «треугольник».

С этой целью снимаются перемычки и контактам присваивают условные обозначения от A до F. Далее последовательно соединяются контакты: A и D, B и E, C и F.

Теперь контакты D, E и F станут соответственно нулевым, рабочим и фазовым проводом. Конденсатор присоединяют к ним точно так же, как в предыдущем случае.

При первом включении нужно внимательно следит за тем, чтобы обмотки не перегревались. В этом случае следует немедленно отключить устройство и определить причину перегрева.

Основные формулы ёмкости

Базовый расчёт конденсатора предполагает выявление зависимости емкости и заряда, удерживаемого на элементе, а также напряжением на пластинах.

C=QVC=QV

C – емкость, или объём в Фарадах Q – заряд, удерживаемый на пластинах в кулонах V – разность потенциалов между пластинами в вольтах

Это уравнение используется для расчета работы, необходимой для зарядки конденсатора и энергии, хранящейся в нем.

Формула энергии

W=∫Q0V dQW=∫0QV dQ

W=∫Q0qC dQW=∫0QqC dQ

W=12CV2

Важно! Необходимо знать, какое влияние конденсатор будет оказывать на любую цепь, в которой он работает. Он не только предотвращает прохождение постоянной составляющей тока сигнала, но и оказывает влияние на любой переменный сигнал

Реактивное сопротивление

В цепи постоянного тока помимо батареи может присутствовать резистор, который оказывает сопротивление току в цепи. То же справедливо и для схемы переменного тока с элементом, накапливающим заряд. Конденсатор с небольшой площадью пластины позволяет хранить только небольшое количество заряда, и это будет препятствовать протеканию тока. Конденсатор имеет определенное реактивное сопротивление, и оно зависит от его величины, а также от частоты срабатывания. Чем выше частота, тем меньше реактивное сопротивление.

Вам это будет интересно Особенности профессии электрика

Фактическое реактивное сопротивление можно вычислить по формуле:

Xc = 1 / (2 pi f C)

где

Xc – ёмкостное реактивное сопротивление в Омах. f – частота в Герцах. C – ёмкость в Фарадах.

Текущий расчет

Реактивное сопротивление конденсатора, рассчитанное по приведенной выше формуле, измеряется в Омах. Затем ток, протекающий в цепи, может быть рассчитан обычным способом с использованием закона Ома:

V = I Xc

Главный показатель конденсатора

Особенности трёхфазного двигателя

Асинхронные электродвигатели с тремя обмотками на статоре преобладают в различных отраслях сельского хозяйства. Их применяют для привода устройств вентиляции, уборки навоза, приготовления кормов, подачи воды. Популярность таких моторов обусловлена рядом преимуществ:

• простота строения;
• надёжность в работе;
• при подключении в нормальном режиме не используются дорогие и дефицитные устройства;
• количество технических обслуживаний невелико.

Подключить трехфазный двигатель на 220 можно пытаться, зная различия схем соединения обмоток. Количество фаз, на которое рассчитан двигатель, можно определить по числу зажимов в его клеммной коробке: у трёхфазного в ней будет 6 выводов, а у однофазного два или четыре. Обмотки мотора с тремя фазами соединяются по установленной схеме, называемой «звездой» или «треугольником». Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. При соединении в звезду концы обмоток соединены. В клеммной коробке эта схема соединения будет отображена использованием двух перемычек между зажимами с обозначениями «С6», «С4», «С5».

Если же обмотки двигателя соединяются в треугольник, то к каждому концу присоединяется начало. В клеммной коробке будут использованы три перемычки, которые будут соединять зажимы «С1» и «С6», «С2» и «С4», «С3» и «С5». Трехфазные двигатели рассчитаны на рабочее напряжение в 380 В. Но не всегда в быту имеется такое напряжение. Поэтому возникает проблема: как осуществить подключение электродвигателя через конденсатор к бытовой сети?

Наиболее приемлемый и общедоступный способ — применение фазосдвигающего конденсатора. В таком режиме может быть достигнута 50–60%-ная мощность от номинальной. Отметим, что не все асинхронные двигатели одинаково хорошо будут работать при включении в однофазную сеть. Наиболее приспособлены к данным условиям двигатели, имеющие короткозамкнутый ротор, выполненный в виде двойной клетки.

Оптимальная работа электродвигателя достигается лишь в случае, если емкость конденсатора будет изменяться по мере увеличения скорости вращения. Практически очень сложно осуществить это требование. В связи с этим принято двухступенчатое управление двигателем. Пуск осуществляется с помощью двух конденсаторов (пускового — Сп и рабочего — Ср). Затем, при наборе нужной скорости вращения, пусковой нужно отключить. Основная функция его состоит в увеличении пускового момента.

Будет интересно Что такое плоские конденсаторы

Расчет конденсатора для электродвигателя можно произвести таким образом. Расчетная формула имеет вид: Ср = К*(Iн/U). Здесь приняты следующие обозначения:

• сила тока (номинальная) — Iн (А);
• напряжение (номинальное) — U (В);

К — безразмерный коэффициент.

Значение К определяется тем, как включен двигатель. К = 2800, когда двигатель включен по схеме «звезда». Если же он включен по схеме «треугольник», то значение К = 4800.

Конденсаторы для запуска электродвигателя рекомендуется выбрать из бумажных, в частности:

• бумажных, герметичных, в металлическом корпусе, маркировка КБГ-МН
• бумажных, термостойких, условное обозначение БГТ;
• металлобумажных, частотных, МБГЧ.

В случае необходимости поменять направление вращения двигателя достаточно поменять местами провода, подключенные к зажимам конденсатора. Запуск электродвигателя с помощью конденсатора лучше осуществлять по схеме «треугольник». В этом случае можно добиться максимальной выходной мощности (до 70 %). В качестве примера рассмотрим двигатель АО2. Его номинальная мощность 2,2 кВт, частота вращения — 1420 об/мин. Для его запуска в режиме холостого хода (или при наличии нагрузки) потребуются 2 конденсатора: первый емкостью 230 мкФ (рабочий) и второй емкостью 150 мкФ (пусковой).

Пусковые конденсаторы большой емкости.

Типы подключений машины

Однофазную асинхронную машину можно подключить к сети двумя способами:

• с помощью пусковой обмотки;
• с помощью рабочего конденсатора.

В цепях маломощных однофазных приводов на 220 В, которые включаются с помощью дополнительной обмотки, есть конденсаторы, которые включаются при запуске мотора. Когда разгон ротора завершен, Пусковая катушка, как описано в предыдущем разделе, отключается. 

В том случае, когда к двигателю подключен рабочий конденсатор, вспомогательная катушка продолжает работу на протяжении всего времени работы привода. Ее происходит благодаря работе такой катушки через конденсатор.

Один и тот же электропривод можно использовать в разных устройствах. Можно снять двигатель с одного прибора и поставить в другой. Подключить его можно с помощью трех разным схем:

1. Временная подача электроэнергии на вспомогательную катушку через конденсатор.
2. Временная подача электроэнергии на вспомогательную катушку через резистор (конденсатор отсутствует).
3. Постоянная подача электричества на вспомогательную и основную катушки одновременно. Подача происходит через конденсатор. 

Если использовать в пусковой цепи резистор, величина активного сопротивления обмотки будет больше. Сдвиг фаз произойдет и его вполне хватит для того, чтобы заставить ротор вращаться. 

Возможно также использование вспомогательной обмотки с более высоким сопротивлением и меньшей индуктивностью. Для полного соответствия обмотка должна обладать меньшим количеством витков и более тонким проводом. 

Понятие конденсаторного пуска подразумевает, что конденсатор подключен к вспомогательной катушке, а подача электричества временная.

Чтобы значение пускового момента было максимальным, круговое магнитное поле статора начать вращение. Это требует перпендикулярного (относительно друг друга) положения обмоток. Резистор не даст такого сдвига.

В этой ситуации поможет конденсатор с правильно подобранной емкостью. Если все подходит, то катушки будут сдвинуты на угол в 90 градусов относительно друг друга.

Рассчитываем емкость конденсатора

Основная задача стабилизатора заключается в выполнении роли емкостного наполнителя энергии, нужной выпрямителям фильтров этого стабилизатора. С их помощью также происходит передача сигнала между усилителями. Чтобы запустить асинхронную однофазную машину переменного тока и обеспечить ее продолжительную работу тоже используют конденсаторы. Определив емкость определенного конденсатора можно предсказать, какое время будет продолжаться работа двигателя. 

Основной и главный параметр такого устройства – его емкость. Между этим параметром и площадью активного подключения, изолированного диэлектриком, существует некая зависимость. Диэлектрик почти невозможно увидеть невооруженным глазом, так как слой подобной изоляции состоит их из небольшого количества атомов, которые формируют пленку. 

По сути, главное назначение конденсатора – накопление, хранение и передача определенного количество энергии. А зачем так заморачиваться, спросите вы? Можно ведь просто подключить однофазную машину к источнику питания. Не тут то было. Подключая электропривод в сеть без посредника в виде конденсатора, вы рискуете работоспособностью агрегата. Он может просто сгореть.

Да и чтобы успешно включить трехфазную машину в однофазную не обойтись без устройства, которое поможет смещению фазы на 90 градусов на третьем выводе. 

Помимо всего вышесказанного, конденсатор может выполнять функцию индуктивной катушки. Скачки переменного тока, протекающего через него, успешно нивелируются благодаря тому, что перед началом работы, на пластинах конденсатора равномерно копятся заряды и только потом передаются устройству, которое является принимающим. 

Конденсатор может быть одним из трех видов:

• электролитическим;
• неполярным;
• полярным.

Расчет ёмкости конденсатора по формуле

Существуют специальные формулы для расчета номиналов емкостей.

Так, для соединения «звездой» расчёт ёмкости производится по формуле:

C_раб=2800*I/U, где I/U- ток/напряжение в сети соответственно. Но если напряжение сети хорошо известно, то ток – величина зависимая, определяемая по формуле I=P/(К_эф*√3*U*cosα), где P – мощность электромотора (указывается в ваттах на шильдике), К_эф – КПД электродвигателя, а cosα – приведенный коэффициент мощности, его часто тоже указывают на шильдике или в паспорте мотора.

Для расчета номинала емкости пускового конденсатора применяется иная приближенная формула: C_старт≈2,5* C_раб.

Для соединения «треугольником» для рабочей ёмкости она тоже довольно проста: C_раб =4800*I/U, а посчитать ток и номинал пускового можно по тем же формулам, что приведены выше.

КПД мотора и его рабочий ток обычно указывается на шильдике или в паспорте устройства, так что с вычислениями номиналов проблем возникнуть не должно.

Превышать полученное значение не рекомендуется – высок риск перегрева обмоток. После реализации схемы можно измерить рабочий ток под оптимальной нагрузкой, чтобы скорректировать емкость, в этом случае можно использовать формулу зависимости от тока и напряжения. Если мощность АКДЗ менее 500 Вт, пусковой конденсатор, скорее всего, не понадобится, особенно если запуск мотора производится без нагрузки. А это такие инструменты, как наждак, циркулярная пила или фуганок. А, к примеру, для погружного насоса на 3КВт С_пуск не помешает, поскольку он сразу стартует с максимальной нагрузкой.

Кроме ёмкости конденсатора для трехфазного электромотора, при выборе нужно обращать внимание и на его номинальное напряжение. Дело в том, что в момент запуска увеличена не только сила тока, но и напряжение, так что для сети на 220В желательно выбирать емкость с минимум полуторакратным запасом по напряжению, то есть 360-450 В, но это касается только Спуск или если в схеме присутствует только рабочий. Особенности применения рабочей и стартовой емкостей описаны в следующей таблице:

Особенности применения рабочей и стартовой емкостей описаны в следующей таблице:

	Рабочий конденсатор	Стартовый конденсатор
Способ подключения	Последовательно ко второй обмотке трёхфазного электромотора	Параллельно рабочему
Для чего используется	Для формирования вращающегося магнитного поля, нужного для создания вращающего момента в роторе	Для увеличения момента вращения на этапе пуска электродвигателя
Когда активен	Все время	В момент пуска мотора до его выхода на номинальные обороты

А теперь рассмотрим особенности достоинства и недостатки разных типов конденсаторов, используемых для подключения трехфазных двигателе к однофазным сетям:

	Металлобумажные	Полипропиленовые пленочные	Пусковые
Изображение
Технология производства	Слой металлизированной пленки, нанесенной на диэлектрик (конденсаторную бумагу)	Аналогичная, но в качестве диэлектрика используется полипропиленовая лента малой толщины	Обертка из алюминиевой фольги, в которую заливается электролит. Диэлектрик – диоксид алюминия
Номиналы по напряжению, В	160/200/300/400/600, 1000	450/630	200-460
Номиналы емкости, мкФ	0.1-20.0	1.0-150.0	50.0-1500.0
Форма корпуса, материал	Прямоугольная, металл	Цилиндр, пластик	Цилиндр, металл (покрытый термостойким поливинилхлоридом)
Назначение	Cраб	Cраб/ Cпуск	Cстарт
Плюсы	Доступная стоимость	Большой ресурс, стабильность характеристик, компактность	Компактность, большая емкость
Минусы	Большие габариты, малый КПД, быстрое старение	Стоимость	Узкая сфера применения

Принцип действия конденсатора

Для начала разберемся, зачем вообще нужен конденсатор. Представить современные электронные приборы от простейшего блока питания до сложнейших вычислительных систем без этого устройства сегодня просто невозможно.

Оно является своеобразным аккумулятором небольшой емкости, способным накапливать и моментально отдавать заряд в случае кратковременного отключения напряжения или его просадке. Существуют также конденсаторы, предназначенные для фильтрования частот, как низких, так и высоких, подавления помех, сглаживания скачков напряжения, повышения коэффициента мощности и пр.

Конденсаторы имеют два вывода-полюса – плюсовое (+) и минусовое (-). Они представляют собой металлические пластины, на которых скапливаются положительные и отрицательные заряды.

Между ними размещают диэлектрик (стекло, картон, дерево и пр.), не позволяющий замкнуть цепь. Часто для увеличения емкости полюса изготавливают не в виде пластин, а в форме спиралей или сфер.