Silniki kondensatorowe — urządzenie, zasada działania, zastosowanie

W tym artykule porozmawiamy o silnikach kondensatorowych, które w rzeczywistości są zwykłymi silnikami asynchronicznymi, różniącymi się jedynie sposobem podłączenia do sieci. Poruszajmy temat doboru kondensatorów, przeanalizujmy przyczyny potrzeby dokładnego doboru pojemności. Zwróćmy uwagę na główne formuły, które pomogą z grubsza oszacować wymaganą pojemność.

Nazywa się silnik kondensatora silnik asynchroniczny, w obwodzie stojana, w którym zawarta jest dodatkowa pojemność w celu wytworzenia przesunięcia fazowego prądu w uzwojeniach stojana. Często dotyczy to obwodów jednofazowych, gdy stosowane są trójfazowe lub dwufazowe silniki indukcyjne.

Uzwojenia stojana silnika indukcyjnego są fizycznie przesunięte względem siebie i jedno z nich jest podłączone bezpośrednio do sieci, podczas gdy drugie lub drugie i trzecie są podłączone do sieci poprzez kondensator.Pojemność kondensatora dobiera się tak, aby przesunięcie fazowe prądów między uzwojeniami było równe lub co najmniej bliskie 90 °, a następnie do wirnika zostanie dostarczony maksymalny moment obrotowy.

W takim przypadku moduły indukcji magnetycznej uzwojeń muszą być takie same, aby pola magnetyczne uzwojeń stojana były przesunięte względem siebie, tak aby całkowite pole obracało się po okręgu, a nie w elipsę, pociągając za sobą wirnik z największą skutecznością.

Oczywiście prąd i jego faza w cewce połączonej przez kondensator są związane zarówno z pojemnością kondensatora, jak i efektywną impedancją cewki, która z kolei zależy od prędkości wirnika.

Podczas rozruchu silnika impedancja uzwojenia jest określona jedynie przez jego indukcyjność i rezystancję czynną, więc podczas rozruchu jest stosunkowo niewielka, a tutaj potrzebny jest większy kondensator, aby zapewnić optymalny rozruch.

Gdy wirnik przyspiesza do prędkości znamionowej, pole magnetyczne wirnika będzie indukować pole elektromagnetyczne w uzwojeniach stojana, które będzie skierowane przeciwko napięciu zasilającemu uzwojenie - prądowa skuteczna rezystancja uzwojenia wzrasta, a wymagana pojemność maleje.

Przy optymalnie dobranej pojemności w każdym trybie (tryb rozruchu, tryb pracy) pole magnetyczne będzie kołowe i tutaj istotna jest zarówno prędkość obrotowa wirnika jak i napięcie oraz liczba zwojów i pojemność połączona z prądem . W przypadku przekroczenia optymalnej wartości któregoś z parametrów pole przybiera eliptyczny kształt i odpowiednio zmniejsza się charakterystyka silnika.

W przypadku silników o różnych celach schematy połączeń kondensatora są różne.Kiedy są znaczące Moment rozruchowy, użyj kondensatora o większej pojemności, aby zapewnić optymalny prąd i fazę przy rozruchu. Jeżeli moment rozruchowy nie jest szczególnie ważny, wówczas zwraca się uwagę jedynie na stworzenie optymalnych warunków pracy przy prędkości znamionowej, a do prędkości znamionowej dobiera się wydajność.

Dość często do rozruchu wysokiej jakości stosuje się kondensator rozruchowy, który podczas rozruchu jest połączony równolegle z kondensatorem roboczym o stosunkowo małej pojemności, dzięki czemu wirujące pole magnetyczne podczas rozruchu jest kołowe, a następnie rozruch kondensator jest wyłączony, a silnik kontynuuje pracę tylko przy włączonym kondensatorze. W szczególnych przypadkach dla różnych obciążeń stosuje się zestaw przełączalnych kondensatorów.

Jeśli kondensator rozruchowy nie zostanie przypadkowo odłączony po osiągnięciu przez silnik prędkości znamionowej, przesunięcie fazowe w uzwojeniach zmniejszy się, nie będzie optymalne, a pole magnetyczne stojana stanie się eliptyczne, co pogorszy wydajność silnika. Konieczne jest wybranie odpowiedniej mocy rozruchowej i roboczej, aby silnik działał wydajnie.

Rysunek przedstawia typowe schematy przełączania silników kondensatorowych stosowane w praktyce. Rozważmy na przykład dwufazowy silnik klatkowy, którego stojan ma dwa uzwojenia do zasilania dwóch faz A i B.

Kondensator C jest włączony w obwód dodatkowej fazy stojana, dlatego prądy IA i IB płyną w dwóch uzwojeniach stojana w dwóch fazach. Dzięki obecności pojemności uzyskuje się przesunięcie fazowe prądów IA i IB o 90 °.

Wykres wektorowy pokazuje, że całkowity prąd sieci jest utworzony przez sumę geometryczną prądów dwóch faz IA i IB. Wybierając pojemność C, osiągają taką kombinację z indukcyjnościami uzwojeń, że przesunięcie fazowe prądów wynosi dokładnie 90°.

Prąd IA opóźnia się w stosunku do przyłożonego napięcia sieciowego UA o kąt φA, a prąd IB w stosunku do napięcia UB przyłożonego do zacisków drugiego uzwojenia w danej chwili o kąt φB. Kąt między napięciem sieciowym a napięciem przyłożonym do drugiej cewki wynosi 90°. Napięcie na kondensatorze USC tworzy kąt 90 ° z prądem IV.

Z wykresu wynika, że ​​pełną kompensację przesunięcia fazowego przy φ = 0 uzyskuje się, gdy moc bierna pobierana przez silnik z sieci jest równa mocy biernej kondensatora C. Na rysunku przedstawiono typowe obwody włączania silników trójfazowych z kondensatory w obwodach uzwojenia stojana.

Dzisiejszy przemysł produkuje silniki kondensatorowe oparte na prądzie dwufazowym. Trójfazowe są łatwo modyfikowane ręcznie w celu zasilania z sieci jednofazowej. Istnieją również małe modyfikacje trójfazowe, już zoptymalizowane z kondensatorem dla sieci jednofazowej.

Rozwiązania te często spotyka się w sprzęcie AGD, takim jak zmywarki czy wentylatory pokojowe. Przemysłowe pompy obiegowe, wentylatory i przewody kominowe również często wykorzystują w swojej pracy silniki kondensatorowe. Jeśli konieczne jest włączenie silnika trójfazowego do sieci jednofazowej, stosuje się kondensator z przesunięciem fazowym, to znaczy silnik jest ponownie przekształcany w kondensator.

Aby w przybliżeniu obliczyć pojemność kondensatora, stosuje się znane wzory, w których wystarczy zastąpić napięcie zasilania i prąd roboczy silnika i łatwo obliczyć wymaganą pojemność dla połączenie uzwojeń w gwiazdę lub trójkąt.

Aby znaleźć prąd pracy silnika, wystarczy odczytać dane z jego tabliczki znamionowej (moc, sprawność, cosinus phi) i również podstawić je do wzoru. Jako kondensator rozruchowy zwykle instaluje się kondensator dwukrotnie większy niż kondensator roboczy.

Zalety silników kondensatorowych, w rzeczywistości — asynchronicznych, obejmują głównie jedną — możliwość podłączenia silnika trójfazowego do sieci jednofazowej. Do wad należy zaliczyć konieczność uzyskania optymalnej wydajności dla określonego obciążenia oraz niedopuszczalność zasilania z przetwornic sinusoidalnych modyfikowanych.

Mamy nadzieję, że ten artykuł był dla Ciebie przydatny, a teraz rozumiesz, czym są kondensatory do silników asynchronicznych i jak wybrać ich pojemność.