Добрий день, шановні читачі блогу nasos-pump.ru
У рубриці «Аксесуари» розглянемо конденсатори для однофазних асинхронних двигунів змінного струму. У трифазних двигунів при підключенні до мережі живлення виникає обертове магнітне поле, за рахунок якого і відбувається запуск двигуна. На відміну від трифазних двигунів, у однофазних в статорі є дві обмотки робочий й пускова. Робоча обмотка підключена до однофазної мережі живлення безпосередньо, а пускова послідовно з конденсатором. Конденсатор необхідний для створення зсуву фаз між струмами робочої і пускової обмоток. Найбільший крутний момент в двигуні виникає тоді, коли зсув фаз струмів обмоток досягає 90 °, а їх амплітуди створюють кругове обертове поле. Конденсатор є елементом електричного кола і призначений для використання його ємності. Він складається з двох електродів або правильніше обкладок, які розділених діелектриком. Конденсатори мають можливість накопичувати електричну енергію. У Міжнародній системі одиниць СІ за одиницю ємності приймається ємність конденсатора, у якого на один вольт зростає різниця потенціалів при повідомленні йому заряду в один кулон (Кл). Ємність конденсаторів вимірюється в Фарада (Ф). Ємність в одну фараду дуже велика. На практиці використовуються більш дрібні одиниці виміру мікрофарад (мкФ) одна мкФ дорівнює 10 -6 Ф, пикофарад (пФ) одна пФ дорівнює 10 -12 мкФ. В однофазних асинхронних двигунах в залежності від потужності використовуються конденсатори ємністю від кількох до сотень мкФ.
Основні електричні параметри і характеристики
До основних електричним параметрам конденсаторів для асинхронних двигунів відносяться: номінальна ємність конденсатора і номінальна робоча напруга. Крім цих параметрів існує ще температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ), тангенс кута втрат (tgd), електричний опір ізоляції.
Ємність конденсатора. Властивість конденсатора накопичувати і утримувати електричний заряд характеризується його ємністю. Ємність (С) визначається як відношення накопиченого в конденсаторі заряду (q), до різниці потенціалів на його електродах або додається напруги (U). Ємність конденсаторів залежить від розмірів і форми електродів, їх розташування один щодо одного, а також матеріалу діелектрика який розділяє електроди. Чим ємність конденсатора більше, тим і накопичений їм заряд більше Питома ємність конденсатора - виражає відношення його ємності до обсягу. Номінальна ємність конденсатора - це ємність, яку має конденсатор згідно з нормативною документацією. Фактична ж ємність кожного окремого конденсатора відрізняється від номінальної, але вона повинна бути в межах допустимих відхилень. Значення номінальної ємності і її допустиме відхилення в різних типах конденсаторів постійної ємності встановлена стандартом.
Номінальна напруга - це те значення напруги позначене на конденсаторі, при якому він працює в заданих умовах тривалий час і при цьому зберігає свої параметри в допустимих межах. Значення номінальної напруги залежить від властивостей використовуваних матеріалів і устаткування конденсаторів. В процесі експлуатації робоча напруга на конденсаторі не повинно перевищувати номінальне. У багатьох типів конденсаторів при збільшенні температури допустиме номінальне напруга знижується.
Температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ) - це параметр виражає лінійну залежність ємності конденсатора від температури зовнішнього середовища. На практиці ТКЕ визначаться як відносна зміна ємності при зміні температури на 1 ° С. Якщо ця залежність нелінійна, то ТКЕ конденсатора характеризується відносною зміною ємності при переході від нормальної температури (20 ± 5 ° С) до допустимого значення робочої температури. Для конденсаторів використовуваних в однофазних двигунах цей параметр важливий і повинен бути якомога менше. Адже в процесі експлуатації двигуна його температура підвищується, а конденсатор знаходиться безпосередньо на двигуні в конденсаторної коробці.
Тангенс кута втрат (tgd). Втрата накопиченої енергії в конденсаторі обумовлена втратами в діелектрику і його обкладках. Коли через конденсатор протікає змінний струм, то вектори струму і напруги зсунуті відносно один одного на кут (d). Цей кут (d) і називають кутом діелектричних втрат. Якщо втрати відсутні, то d = 0. Тангенс кута втрат це відношення активної потужності (Pа) до реактивної (Pр) при напрузі синусоїдальної форми певної частоти.
Електричний опір ізоляції - електричний опір постійному струму, визначається як відношення прикладеного до конденсатора напруги (U). до току витоку (I ут), або провідності. Якість застосовуваного діелектрика і характеризує опір ізоляції. Для конденсатора з великою ємністю опір ізоляції обернено пропорційно його площі обкладок, або його ємності.
На конденсатори робить дуже сильний вплив волога. Асинхронні електродвигуни використовуються в насосному обладнанні перекачують воду, і висока ймовірність попадання вологи на двигун і в конденсаторну коробку. Вплив вологи призводить до зниження опору ізоляції (зростає ймовірність пробою), збільшення тангенса кута втрат, корозії металевих елементів конденсатора.
Крім усього при експлуатації двигуна на конденсатори впливає різного виду механічні навантаження: вібрація, удари, прискорення і т.д. Як наслідок можуть з'явиться обрив висновків, тріщини і зменшення електричної міцності.
Робочий і пусковий конденсатори
В якості робітників і пускових використовуються конденсатори з оксидним діелектриком (раніше вони назвалися електролітичними) Робочі і пускові конденсатори для асинхронних двигунів включаються в мережу змінного струму, і вони повинні бути неполярними. Вони мають порівняно велику 450 вольт для оксидних конденсаторів робоча напруга, яке в два рази перевищує напруга промислової мережі. На практиці застосовуються конденсатори з ємністю близько десятків і сотень микрофарад. Як ми говорили вище, робочий конденсатор використовується для отримання крутного магнітного поля. Пускова ж ємність використовується для отримання магнітного поля, необхідного для підвищення пускового моменту електродвигуна. Пусковий конденсатор підключається паралельно робочому через відцентровий вимикач. Коли є пускова ємність обертове магнітне поле асинхронного двигуна в момент пуску наближається до кругового, а магнітний потік збільшується. Це підвищує пусковий момент і покращує характеристики двигуна. При досягненні асинхронним двигуном оборотів достатніх для відключення відцентрового вимикача, пускова ємність відключається і двигун залишається в роботі тільки з робочим конденсатором. Схема включення робочого і пускового конденсаторів наведені на (Рис. 1).
Схема з робочим і пусковим конденсаторами
У таблиці наведено відокремлені характеристики робітників і пускових конденсаторів для асинхронних двигунів.
В процесі експлуатації електродвигуна
У момент пуску електродвигуна
Експлуатація, обслуговування та ремонт
В процесі експлуатації насосного обладнання з однофазним асинхронним двигуном особливу увагу слід звертати на напругу живлення електричної мережі. У разі зниженої напруги мережі, як відомо, знижується пусковий момент і частота обертання ротора, через збільшення ковзання. При низькій напрузі збільшується також навантаження на робочий конденсатор і зростає час запуску двигуна. У разі значного провалу напруги харчування понад 15% висока ймовірність того, що асинхронний двигун не запуститься. Дуже часто при низькій напрузі виходить з ладу робочий конденсатор через підвищених струмів і перегріву. Він розплавляється і з нього випливає електроліт. Для ремонту необхідно придбати і встановити новий конденсатор відповідної ємності. Дуже часто трапляється, що потрібного конденсатора під рукою немає. В цьому випадку можна підібрати необхідну ємність з двох або навіть трьох і чотирьох конденсаторів, підключивши їх паралельно. Тут слід звернути увагу на робочу напругу, воно повинно бути не нижче, ніж напруга на заводському конденсаторі. Загальна ємність конденсатора (ів) повинна відрізнятися від номіналу не більше ніж 5%. Якщо встановити ємність більшого номіналу, то двигун запуститься в роботу і буде працювати, але при цьому почне грітися. Якщо за допомогою кліщів виміряти номінальний струм двигуна, то струм буде завищений. Так як повний електричний опір ланцюга в обмотках двигуна складається з активного опору ланцюга і реактивного опору обмоток двигуна і ємності, то зі збільшенням ємності загальний опір зростає. Зрушення фаз струмів в обмотках через збільшення повного опору електричного кола обмоток після запуску двигуна сильно зменшиться, магнітне поле з синусоїдальної перетвориться в еліптичну, і робочі характеристики асинхронного двигуна дуже сильно погіршуються, знижується ККД і зростають теплові втрати.
Іноді буває, що разом з конденсатором виходить з ладу і пускова обмотка однофазного двигуна. У такій ситуації вартість ремонту різко зростає, бо треба не тільки замінити конденсатор, але ще і перемотати статор. Як відомо, перемотування статора одна з найдорожчих операцій при ремонті двигуна. Дуже рідко, але буває і така ситуація коли при низькій напрузі виходить з ладу тільки пускова обмотка, а конденсатор при цьому залишається робочим. Для ремонту двигуна потрібно перемотувати статор. Всі ці ситуації з двигуном трапляються при низькій напрузі однофазної мережі живлення. Для вирішення цієї проблеми в ідеальному випадку необхідний стабілізатор напруги.
Дякую за надану увагу