Выбор схемы включения конденсаторного двигателя

опубликовано: .

Выбор схемы включения конденсаторного двигателя производится с учетом напряжения сети и данных двигателя по напряжению.

Схема выбрана правильно, если любая из обмоток статора трехфазного двигателя при номинальной нагрузке оказывается под напряжением, равным номинальному, или близким к нему. При этом имеется ввиду, что установленная рабочая емкость определена по соотношению, соответствующему схеме. Соотношения для различных схем включения представлены в статье «Использование трехфазных асинхронных электродвигателей в качестве однофазных».

Кроме согласования данных по напряжению, оцениваются особенности возможных схем. Заметим, что в отдельных конкретных случаях выбор вариантов схем может быть ограничен.

Пример. Статорные обмотки двигателя электрорубанка 0,62 кВт, 220 В, 1,88 А соединены в звезду, причем нулевая точка недоступна. Очевидно, что как конденсаторный он может иметь только одну схему включения, изображенную на рис. 1, а. Источником питания для двигателя служит сеть однофазного тока напряжением 220 В.

Принципиальные электрические схемы конденсаторного двигателя с тремя статорными обмотками

Рис. 1. Принципиальные электрические схемы конденсаторного двигателя с тремя статорными обмотками:

1 – рабочий конденсатор; 2 – отключаемый конденсатор

Рассмотрим особенности конденсаторного двигателя, включенного по схеме, приведенной на рис. 1, а. Назовем обмотку С1 – С4 главной фазой, через которую проходит весь ток двигателя. Обмотку С3 – С6, соединенную последовательно с конденсатором, назовем конденсаторной фазой и третью обмотку С2 – С5 – вспомогательной фазой.

Изменение токов этих фаз с изменением скольжения оказывается совершенно различным. Если ток главной фазы с уменьшением нагрузки (скольжения) уменьшается, то ток конденсаторной фазы, наоборот, возрастает, достигая наибольшего значения при холостом ходе.

Вспомогательная фаза при холостом ходе находится в генераторном режиме – ее активная мощность отрицательна. С возрастанием нагрузки вспомогательная фаза переходит в двигательный режим. При этом ее ток, уменьшаясь, достигает некоторого минимального значения и затем начинает увеличиваться.

Активная мощность по фазам распределяется неравномерно. При номинальной нагрузке главная фаза развивает примерно такую же мощность, как конденсаторная и вспомогательная, вместе взятые. Равенства токов всех фаз номинальному не достигается. Поэтому под номинальной здесь имеется ввиду такая нагрузка, при которой токи двух фаз равны номинальному, а ток третьей фазы составляет 70 – 85 % номинального. Это определение относится и к случаю соединения обмоток статора треугольником.

Характерными особенностями схемы являются относительно небольшие значения пускового момента и напряжения на конденсаторе.

В другой схеме включения (рис. 1, б) обмотки двигателя соединены в треугольник. По аналогии с предыдущей схемой здесь также можно различить главную, конденсаторную и вспомогательную фазы. Вспомогательной назовем фазу С1 – С4, к которой подведено напряжение сети. Обмотка С2 – С5 с параллельно присоединенным конденсатором представляет собой конденсаторную фазу, и третья обмотка С3 – С6 – главную фазу.

Характер изменения токов в фазах с изменением нагрузки остается таким же, как и при соединении обмоток статора в звезду.

Пример. Определить рабочую емкость электродвигателя мощностью 0,25 кВт, 127/220 В, 2,1/1,15 А, если двигатель включен по схеме, приведенной на рис. 1, а, а напряжение сети 220 В. Как видно, номинальный ток конденсаторного двигателя равен 1,15 А (фазный ток), обмотки включены в звезду. Находим емкость рабочих конденсаторов

Напряжение на конденсаторе равно Uк.ном.U = 220 В.

При напряжении сети 127 В обмотки двигателя соединяются в треугольник по схеме рис. 1, б. Для нее в соответствии емкость рабочего конденсатора равна

Сравнивая емкости 43,5 и 14,6 мкФ, видим, что для схемы рис. 1, б рабочая емкость увеличивается в 3 раза. Напряжение на конденсаторе Uк.ном.U = 127 В.

Активная мощность между обмотками распределяется неравномерно. Наибольшую мощность при номинальной нагрузке развивают главная и вспомогательная фазы.

Относительно небольшой пусковой момент составляет одно из характерных свойств этой схемы. Особенности ее по сравнению с предыдущей состоят в том, что для одного и того же двигателя напряжение на конденсаторе уменьшается √3 раз, а емкость рабочего конденсатора увеличивается в 3 раза.

Проведенное сравнение показывает, что первая схема (рис. 1, а) является предпочтительнее, так как ее технические и экономические показатели лучше: меньше емкость и габариты батареи конденсаторов, ниже стоимость ее установки. Однако ее применение не всегда оказывается возможным. Если напряжение сети равно номинальному напряжению фазы, обмотки двигателя соединяются в треугольник (рис. 1, б) или как показано на рис. 1, в.

Обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя в схемах рис. 1, в и г образуют две фазы – главную и конденсаторную.

Ток главной фазы возрастает с нагрузкой, конденсаторной – уменьшается. Двигатель работает с номинальной нагрузкой, когда по обеим обмоткам проходит номинальный ток. При этом обратное магнитное поле становится несущественным, вследствие этого использование мощности двигателя улучшается.

Активные мощности главной и конденсаторной фаз, соответствующие номинальной нагрузке, примерно одинаковы. С уменьшением нагрузки происходит некоторое возрастание мощности конденсаторной фазы. Мощность главной фазы довольно резко уменьшается и на холостом ходу приобретает отрицательное значение: главная фаза переходит в режим асинхронного генератора с конденсаторным возбуждением, работающего параллельно с сетью. С появлением нагрузки на валу главная фаза переходит в двигательный режим.

Достоинствами схем рис. 1, в и г по сравнению с рассмотренными выше являются возможность получения значительного пускового момента и лучшее использование мощности двигателя. Сравним эти схемы.

Пусть питающая сеть однофазного тока, как это часто встречается на практике, имеет напряжение 220 В. Очевидно, что если двигатель выполнен на напряжения 220/380 В, он включается по схеме, приведенной на рис. 1, в или по схеме рис. 1 г, если номинальные напряжения двигателя 127/220 В.

Напряжение на конденсаторе при номинальной нагрузке составит: для схемы рис. 1, в Uк.ном. ≈ 2 × U = 2 × 220 = 440 В, а для схемы рис. 1, г Uк.ном. ≈ 1,15 × U = 1,15 × 220 = 253 В.

Между напряжениями на конденсаторе в том и другом случае имеется существенная разница. Повышение напряжения связано с некоторым увеличением стоимости конденсаторов и уменьшением безопасности обслуживания. Кроме того, вследствие возрастания индуктивного сопротивления конденсаторной фазы при включении двигателя по схеме рис. 1, в возникает опасность перенапряжения, особенно при пуске двигателя.

Схема рис. 1, г, выгодно отличаясь от предыдущей, заслуживает предпочтения. Она является наиболее рациональной схемой включения конденсаторного двигателя.

Заметим, что двигатель на напряжения 127/220 В также может быть включен по схеме рис. 1, в, но на напряжение сети 127 В. Если же номинальные напряжения двигателя равны 220/380 В, а напряжение питающей сети равно 220 В, то здесь вместо схемы включения конденсаторного двигателя с двумя обмотками (рис. 1, в) следует выбирать схему с соединением фаз в треугольник (рис. 1, б), несмотря на увеличение емкости конденсаторов.

Пример. Имеются конденсаторы типов МБГЧ и ЭП. Двигатель 1 кВт, 220/380 В, с номинальным током фазы 2,4 А включается на напряжение сети 220 В. Требуется определить значение рабочей и пусковой емкостей, а также расчетное напряжение на конденсаторах и напряжение при номинальной нагрузке.

Схема рис. 1, б

Рабочая емкость

Номинальное напряжение на конденсаторе

Uк.ном. ≈ U = 220 В.

Расчетное напряжение конденсатора

Uк.р. ≈ 1,15 × U = 1,15 × 220 ≈ 250 В.

Выбираем 13 конденсаторов МБГЧ емкостью по 4 мкФ с рабочим напряжением 250 В.

Отключаемую емкость принимаем равной

Со ≈ 2 × Ср.ном. = 105 мкФ

и выбираем для нее 5 конденсаторов типа ЭП по 20 мкФ на 300 В.

Схема рис. 1, в

Рабочая емкость для включения электродвигателя по схеме рис. 1, в определяется по выражению:

Номинальное напряжение на конденсаторе

Uк.ном. ≈ 2 × U = 2 × 220 = 440 В.

Оно может быть найдено также умножением номинального тока на реактивное сопротивление конденсатора xc:

где ω = 2πf– угловая частота переменного тока; C – емкость, мкФ; f – частота напряжения сети, Гц.

Произведя вычисления для частоты f = 50 Гц, получим:

Расхождение с данными, полученными выше, составляет примерно 4%, что для практических расчетов вполне допустимо.

Расчетное напряжение на конденсаторе

Uк.р. ≈ 2,2 × U = 2,2 ×220 = 484 В.

Выбираем девять конденсаторов МБГЧ по 2 мкФ на рабочее напряжение 500 В.

Для отключаемой емкости конденсаторы типа ЭП не подходят по напряжению. Поэтому отключаемую емкость составляем из конденсаторов типа МБГЧ, приняв ее равной

Со ≈ 1,5 × Ср.ном. = 1,5 ×18 = 27 мкФ.

Выбираем семь конденсаторов по 4 мкФ на рабочее напряжение 500 В.

Приведенный пример подтверждает целесообразность включения конденсаторного двигателя при отмеченных условиях по схеме рис. 1, б.

Источник: Торопцев Н.Д., "Трехфазный асинхронный двигатель в схеме однофазного включения с конденсатором" - 4-е издание, переработанное и дополненное - Москва: Энергоатомиздат, 1988 - 95с.

1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса -ов)