Конденсатор – это прибор, созданный для накопления, хранения и передачи некоторой энергии. Без него двигатель либо не будет работать, либо и вовсе сгорит. А его емкость позволяет определить время его работы. [caption id="attachment_3894" align="alignright" width="300"] Рабочие конденсаторы[/caption]

Что такое однофазный асинхронный электродвигатель?

Чтобы говорить о расчете емкости конденсатора для однофазного двигателя, нужно понимать, о какой машине идет речь. Поэтому, в первом раздел поговорим об устройстве и принципе работы упомянутого агрегата.

Понятие асинхронного двигателя

Для асинхронного двигателя, рассчитанного на 220 В требуется питание от переменного электротока. Подключать такой двигатель нужно к однофазной сети. Однофазный асинхронный двигатель на 220 В будет исправно работать, если напряжение в сети составляет также 220 В, а частота 50 Гц. Такие значения можно встретить в любых бытовых условиях по всей территории бывшего Советского Союза. А вот в Соединенных штатах, например, величина напряжения бытовой сети – 110 В. Что касается производств, в странах, ранее входивших в состав СССР, можно встретить и однофазное и трехфазное и еще несколько видов электросетей.

Как устроен однофазный электродвигатель

[caption id="attachment_3902" align="alignleft" width="387"] Устройство однофазного двигателя[/caption] На самом деле, несмотря на название, в однофазных двигателях на 220 В присутствует две фазы. Однако, из-за того, что непосредственно работает только одна фаза, их прозвали однофазными. Строение привода, в целом, не сильно отличается от любых других двигателей. Состав его таков:

1. Статичный элемента под названием статор.
2. Вращающийся элемент, под названием ротор.

Описать однофазный электродвигатель можно следующим образом: это асинхронный электрический привод, на статическом элементе которого расположена рабочая (основная) обмотка. Ее и подключают к однофазной сети с переменным электрическим током.

Вспомогательная или пусковая обмотка в однофазном моторе

Для самостоятельного запуска и начала вращения на однофазном электродвигателе специально установлена еще одна катушка. Только благодаря ей ротор и вал приходят в движение и начинают вращаться. Такую катушку (пусковую) устанавливают на статоре, но смещают относительно рабочей на 90 градусов. То есть вспомогательная и основная обмотки перпендикулярны друг другу. А чтобы были сдвинуты не только катушки, но и токи, к цепи подключают элемент, который называют фазосдвигающим.  Сдвигать фазы можно с помощью следующих устройств:

• активного резистора;
• конденсатора;
• индуктивной катушки.

Нужно отметить, что двигатель с конденсатором, подключенным в качестве фазосдвигающего элемента, будет выдавать лучшие показатели при работе и запуске.  Основные детали двигателя – статор и ротор, сделаны из металла. Для их производства доходит лишь определенный вид металла. Это электротехническая сталь марки 2212.

По какому принципу работает двигатель

С помощью влияния переменного электрического тока в статоре возникает магнитное поле. Его можно рассматривать как два отдельных поля, амплитуда и частота которых одинакова, а вот направления разные. Два магнитных поля, которые возникли в статоре двигателя, воздействует на ротор так, что тот начинает вращаться и приводит двигатель в работу. Вращение начинается благодаря тому, что поля статора имеют разные направления. Если пусковой механизм отсутствует, то есть нет вспомогательной обмотки, ротор никогда не начнет движение. Если ротор начал работу, вращаясь в одну из сторон, направление он может поменять только в случае вмешательства извне.

Процесс пуска электропривода

Магнитное поле способствует пуску электродвигателя. Оно буквально заставляет ротор начать вращение. Само магнитное поле возникает благодаря работе главной и дополнительной обмотки. Дополнительная, в свою очередь, меньше, что видно даже невооруженным глазом. Она подключена к рабочей с помощью конденсатора, катушки индуктивности или активного резистора.  В случае, когда двигатель маломощный, пусковая фаза является замкнутой. Для пуска такого электромотора подключение электричества к пусковой обмотке допустимо только на некоторое время. Максимум – три секунды. За это отвечает специальная кнопка, расположенная на корпусе агрегата. Она называется пусковой и вставлена в устройство пуска. [caption id="attachment_3896" align="alignleft" width="223"] Тепловое реле защиты двигателя[/caption] При нажатии на кнопку запуска электричество начинает подаваться на обе катушки в одно и то же время. Электродвигатель при этом запускается в роли двухфазной машины. Но уже через 2-3 секунды мотор полностью набирает свою нормальную скорость. Кнопку теперь нужно отпустить. Электроэнергия больше не подается на вспомогательную обмотку, соответственно, она перестает работать. А вот рабочая продолжает питаться. Агрегат переходит в режим однофазной работы. Это – основной принцип работы всех однофазных электромашин. ВАЖНО! Если передержать кнопку запуска однофазного электродвигателя, обмотка перегреется и мотор потеряет работоспособность. Пуская катушка рассчитана лишь на работу в течение трех секунд. Для избежания перегрева и опасных аварийных ситуаций, которые могут за ним последовать, в корпус однофазной машины обязательно устанавливают тепловое реле и центробежный выключатель. Последний работает полностью автоматизировано: когда нужная скорость вращения набрана, устройство само отключает подачу тока на пусковую обмотку. [caption id="attachment_3893" align="alignright" width="219"] Центробежный выключатель[/caption] Отметим также тот факт, что во тока пуска однофазной машины выше, чем рабочий. Когда стадия запуска завершается, снижается и величина тока (становится рабочей).

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.

Выбор конденсатора для однофазного двигателя

Расчет емкости конденсатора для трехфазного асинхронного двигателя выполняется с использованием величины номинального тока (I), который, как правило, указан на шильдике электродвигателя, фазного напряжения (U), а также коэффициента (k). Он будет равен значению 4800 для обмоток подключенных по схеме звезды, и 2800 для обмоток, подключенных по схеме треугольника. Расчёт ёмкости происходит по следующей формуле:  С = k*I / U Хотя, если нужно рассчитать ёмкость конденсатора быстрее, можно использовать онлайн калькулятор. Полученную величину емкости в дальнейшем и используют для подбора конденсатора к трехфазному двигателю. А что же с ёмкостью конденсатора для однофазного мотора? Мы все знаем, что двигатели, которые предназначены для работы в однофазной сети, как правило, подключают на 220 В. Только вот, если включение трехфазного мотора задается расположением катушек и смещением фаз сети, то однофазный требует создания вращательного момента, чтобы заставить ротор прийти в движение. Для этого и нужна дополнительная пусковая обмотка. А фазы тока смещаются благодаря конденсатору. 

Подбираем конденсатор для однофазного электромотора

[caption id="attachment_3892" align="alignleft" width="330"] Пусковой конденсатор[/caption] Зачастую общая емкость, заметьте, не отдельного устройства, С рабочего + С пускового равна одному мкФ на каждые 100 Вт. Чаще всего значение общей емкости Сраб+Спуск (не отдельного конденсатора) таково: 1 мкФ на каждые 100 ватт. Приводы подобного вида могут работать в нескольких режимах, перечисленных ниже:

1. Пусковой конденсатор и пусковая катушка (отключается после набора нормальной скорости вращения). Емкость такого конденсатора подбирают из расчета 70 мкФ на 1 кВт мощности привода.
2. Рабочий конденсатор и пусковая катушка, которая работает на протяжении всего времени работы двигателя. Емкость такого устройства должна быть в диапазоне от 23 мкФ до 35 мкФ.
3. Рабочий и пусковой конденсаторы вместе. Их емкость, как сказано выше, подпирают из расчета 1 мкФ на 100 Вт.

Подбирая конденсатор для однофазного асинхронного двигателя, всегда придерживайтесь указанных выше пропорций. Но и не забывайте следить за состоянием привода во время его запуска и работы. Если вы заметили, что двигатель значительно перегрелся, емкость конденсатора лучше уменьшить. Общая рекомендация для подбора фазосдвигающего устройства: его рабочее напряжение должно быть не ниже 450 В. Подбор подходящего конденсатора для электропривода – кропотливый процесс. Для обеспечения максимально эффективных результатов работы мотора подходить к расчету параметра емкости нужно очень аккуратно и внимательно. Всегда исходите, в первую очередь, их условий конкретного двигателя.

Проверяем работоспособность машины

Очень важно провести тщательный осмотр двигателя на предмет повреждений:

1. В случае, если у мотора сломалась опора, он может начать работать неудовлетворительно
2. Проверьте, нет ли в корпусе посторонних предметов. Этот фактор тоже может быть причиной плохой работы и перегрева.
3. Если вы видите признаки потемнения примерно в середине корпуса, значит двигатель однозначно перегревается.
4. Грязные или изношенные подшипники также способствую замедлению работы и перегреву.
5. Если к вспомогательной катушке подключили конденсатор, емкость которого слишком высока для данного двигателя, это тоже будет причиной перегрева. Если вы подозреваете в причине плохой работоспособности привода именно его, отключите устройство от обмотки пуска, подключите привод к сети, покрутите вал руками. Он запустится и ротор начнет свое вращение. Позвольте электродвигателю поработать 10-15 минут. После этого проверьте его на предмет перегрева. Если все в порядке и мотор не нагрелся, то причина всех бед – конденсатор. Если нагрелся, ищите другую поломку.

Существует бесчисленное количество моделей однофазных электродвигателей. Перед его покупкой вы должны четко понимать, для чего он вам нужен и какие характеристики должен выдавать.

Где применяют однофазные электродвигатели переменного тока на 220В

Конденсаторные двигатели сегодня, в основном, выпускаю на основе двухфазных (с рабочей и пусковой обмотками). Хотя трехфазные тоже достаточно просто модифицировать для включения в однофазную сеть. Производят и трехфазные двигатели, которые изначально оптимизированы под для однофазной сети. Однофазные и трехфазные двигатели, модифицированные под однофазную сеть установлены в большинстве приборов, которые мы используем каждый день. В их число входят посудомоечные машины, холодильники, пылесосы и вентиляторы. Подобные моторы нашли и применение и в промышленности: они установлены во всех циркулярных насосах, воздуходувках и дымососах. Приводы такого типа выпускаются с разными значениями мощности и количества оборотов. Тем не менее однофазные двигатели применяют там, где требуется применение маломощных агрегатов. С этим связаны основные преимущества трехфазных моторов перед однофазными:

1. Большее значение коэффициента полезного действия.
2. Большее значение пускового момента.
3. Относительно большая мощность.
4. Устойчивость к большим нагрузкам.

Преимущества и недостатки однофазных двигателей

Основные плюсы применения электромоторов заключаются в следующих его характеристиках:

• несложное строение;
• дешевизна;
• долгий срок службы;
• затраты на амортизацию и ремонт практически отсутствуют;
• мотор может работать от бытовой сети без использования преобразователей.

Минусы использования машин такого типа следующие:

• нет пускового или начального момента;
• низкая мощность;
• слишком большая величина пускового тока;
• управление вызывает затруднения;
• скорость работы привода ограничивает частота сети, от которой он запитан.

Электромоторы, о которых шла речь в статье, получили широчайшее распространение и применение в каждом аспекте нашей жизни, так как их преимущества намного весомее всех минусов. Благодаря им человечество добилось и продолжает добиваться удобств и комфорта все больше. https://www.youtube.com/watch?v=ohyEgfu3wNY