Расчет рабочего конденсатора для двигателя: Расчёт ёмкости конденсатора для трехфазного асинхронного двигателя в однофазной сети | Калькуляторы

Содержание

Расчет конденсаторы рабочие для электродвигателей

Для включения трехфазного электродвигателя (что такое электродвигатель ➠) в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник.

Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор 1 и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.

Пусковая емкость конденсаторов

После пуска двигателя конденсатор 2 отключают.

Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:

где Ср — рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
Iном — номинальный ток фазы двигателя, А;
U — напряжение сети, В.

Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой.

В этом случае схема включения упрощается.

При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ÷ 3) Ср.

Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям:

где Uк и U — напряжения на конденсаторе и в сети.

Основные технические данные некоторых конденсаторов приведены в таблице.

Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15—20%.

В том случае, если конденсаторы отсутствуют, можно использовать резисторы, которые включаются по тем же схемам, что и при конденсаторном пуске. Резисторы включаются вместо пусковых конденсаторов (рабочие конденсаторы отсутствуют).

Сопротивление (Ом) резистора может быть определено по формуле

,

где R — сопротивление резистора;
κ и I— кратность пускового тока и линейный ток в трехфазном режиме.

Пример расчета рабочей емкости конденсатора для двигателя

Определить рабочую емкость для двигателя АО 31/2, 0.6 кВт, 127/220 В, 4.2/2.4 А, если двигатель включен по схеме, изображенной на рис. а, а напряжение сети равно 220 В. Пуск двигателя без нагрузки.

1. Рабочая емкость Ср = 2800 x 2.4 / 220 ≈ 30 мкФ.

2. Напряжение на конденсаторе при выбранной схеме Uк = 1,15 x U = 1,15 x 220 = 253 В.

По таблице выбираем три конденсатора МБГО-2 по 10 мкФ каждый с рабочим напряжением 300 В. Конденсаторы включать параллельно.

Источник: В.И. Дьяков. Типовые расчеты по электрооборудованию.

Видео о том, как подключить электродвигатель на 220 вольт:

    Подобные расчеты

Наши сети электропитания созданы трехфазными. Потому что генераторы, работающие на электростанциях, имеют трехфазные обмотки и вырабатывают три синусоидальных напряжения, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 120°.

Но мы чаще всего пользуемся всего одной фазой — проводим себе один фазный провод из трех и все к нему подключаем. Только в технике нашей часто встречаются электродвигатели, и они по природе своей трехфазны. Ну а фаза от фазы чем отличается? Только сдвигом во времени. Сдвига такого очень просто добиться, включив в цепь питания реактивные элементы: емкости или индуктивности.

Но ведь обмотка на статоре сама и является индуктивностью. Поэтому остается добавить к двигателю снаружи только емкость, конденсатор, а обмотки подключить так, чтобы одна из них в другой сдвигала фазу в одну сторону, а конденсатор в третьей делал то же самое, только в другую. И получатся те же самые три фазы, только «вынутые» из одной фазы питающих проводов.

Последнее обстоятельство означает, что мы нагружаем трехфазным двигателем только одну из фаз приходящего питания. Разумеется, это вносит дисбаланс в потребление энергии. Поэтому все-таки лучше, когда трехфазный двигатель питается трехфазным напряжением, а построить цепь его питания от одной приходящей фазы хорошо, только если мощность двигателя не особо велика.

Включение трехфазного электродвигателя в однофазную сеть питания

Обмотки электродвигателя соединяют двумя способами: звезда (Y) или треугольник (Δ).

При подключении трехфазного двигателя к однофазной сети предпочтительнее соединение типа треугольник. На шильдике двигателя об этом есть информация, и когда там обозначено Y — звезда, самым лучшим вариантом было бы открыть его кожух, найти концы обмоток и правильно переключить обмотки в треугольник. Иначе потери мощности будут слишком большими.

Включение двигателя на одну фазу питающей сети требует создания из нее и двух остальных. Это можно сделать по следующей схеме

При запуске двигателя в работу в самом начале требуется высокий стартовый ток, поэтому емкости рабочего конденсатора обычно не хватает. Чтобы «ему помочь», используют специальный стартовый конденсатор, который подключается к рабочему конденсатору параллельно. В самом простом случае (невысокая мощность двигателя) его выбирают точно таким же, как и рабочий. Но для этой цели выпускаются и специально стартовые конденсаторы, на которых так и написано: starting.

Стартовый конденсатор должен быть включен в работу только во время пуска и разгона двигателя до рабочей мощности. После этого его отключают. Используется кнопочный выключатель. Или двойной: одной клавишей включается сам двигатель и кнопка фиксируется во включенном положении, кнопка же, замыкающая цепь рабочего конденсатора, каждый раз размыкается.

Как подобрать конденсатор

Конденсаторы для трехфазного двигателя нужны достаточно большой емкости — речь идет о десятках и сотнях микрофарад. Однако конденсаторы электролитические для этой цели не годятся. Они требуют подключения однополярного, то есть специально для них придется городить выпрямитель из диодов и сопротивлений. Кроме того, со временем в электролитических конденсаторах высыхает электролит и они теряют емкость. Поэтому если будете ставить такой на двигатель, необходимо делать на это скидку, а не верить тому, что на них написано. Ну и еще одно за ними числится: электролитические конденсаторы имеют свойство иногда взрываться.

Поэтому задачу, как выбрать конденсатор под трехфазный двигатель, часто решают в несколько этапов

Сначала подбираем приблизительно. Надо рассчитать емкость конденсатора по простейшему соотношению как 7 мкФ на каждые 100 ватт мощности. То есть 700 ватт дает нам 49 мкФ первоначально. Емкость выбираемого пускового конденсатора берется в диапазоне 1–3-кратного превышения емкости рабочего конденсатора. Выберите 2*50 = 100 мкФ — будет само то. Ну, для начала можно взять побольше, потом подобрать конденсаторы, ориентируясь на работу двигателя. От емкости конденсаторов зависит реальная мощность движка. Если ее мало, двигатель при тех же оборотах потеряет мощность (обороты не зависят от мощности, а только от частоты напряжения), так как ему будет не хватать тока. При чрезмерной емкости конденсаторов у него будет перегрев от избытка тока.

Нормальная работа двигателя, без шума и рывков — это неплохой критерий правильно выбранного конденсатора. Но для большей точности можно сделать расчет конденсаторов по формулам, а такую проверку оставить на потом в качестве окончательного подтверждения успешности результатов подбора конденсаторов.

Однако надо все-таки подключить конденсаторы.

Подключение пускового и рабочего конденсаторов для трехфазного электромотора

Вот оно соответствие всех нужных приборов элементам схемы

Теперь выполним подключение, внимательно разобравшись с проводами

Так можно подключить двигатель и предварительно, используя неточную прикидку, и окончательно, когда будут подобраны оптимальные значения.

Подбор можно сделать и экспериментально, имея несколько конденсаторов разных емкостей. Если их присоединять параллельно друг другу, то суммарная емкость будет увеличиваться, при этом нужно смотреть, как ведет себя двигатель. Как только он станет работать ровно и без перенагрузки, значит, емкость находится где-то в районе оптимума. После этого приобретается конденсатор, по емкости равный этой сумме емкостей испытываемых конденсаторов, включенных параллельно. Однако можно при таком подборе измерять фактический потребляемый ток, используя измерительные токовые клещи, а провести расчет емкости конденсатора по формулам.

Как рассчитать емкость рабочего конденсатора

Для двух соединений обмоток берутся несколько разные соотношения.

В формуле введен коэффициент соединения Кс, который для треугольника равен 4800, а для звезды — 2800.

Где значения Р (мощность), U (напряжение 220 В), η (КПД двигателя, в процентном значении деленном на 100) и cosϕ (коэффициент мощности) берутся с шильдика двигателя.

Вычислить значение можно с помощью обычного калькулятора или воспользовавшись чем-то вроде подобной вычислительной таблицы. В ней нужно подставить значения параметров двигателя (желтые поля), результат получается в зеленых полях в микрофарадах

Однако не всегда есть уверенность, что параметры работы двигателя соответствуют тому, что написано на шильдике. В этом случае нужно измерить реальный ток измерительными клещами и воспользоваться формулой Cр = Кс*I/U.

Что делать, если требуется подключить двигатель к источнику, рассчитанному на другой тип напряжения (например, трехфазный двигатель к однофазной сети)? Такая необходимость может возникнуть, в частности, если нужно подключить двигатель к какому-либо оборудованию (сверлильному или наждачному станку и пр.). В этом случае используются конденсаторы, которые, однако, могут быть разного типа. Соответственно, надо иметь представление о том, какой емкости нужен конденсатор для электродвигателя, и как ее правильно рассчитать.

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.

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.

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя

Асинхронные двигатели, рассчитанные на работу в однофазной сети, обычно подключаются на 220 вольт. Однако если в трехфазном двигателе момент подключения задается конструктивно (расположение обмоток, смещение фаз трехфазной сети), то в однофазном необходимо создать вращательный момент смещения ротора, для чего при запуске применяется дополнительная пусковая обмотка. Смещение ее фазы тока осуществляется при помощи конденсатора.

Итак, как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя?

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.

Подключение трехфазного электродвигателя к сети 220 вольт. | semfik

Сначала нужно убедиться в возможности подключить мотор на напряжение 220 вольт. Проще всего это выяснить изучив табличку на статоре. Самые распространенные двигатели 220/380, причем для каждого напряжения обмотки подключаются в один из двух вариантов.

Шильдик мотора 0.37 кВт.

Шильдик мотора 0.37 кВт.

обмотки собраны в звезду

обмотки собраны в звезду

обмотки собраны в треугольник

обмотки собраны в треугольник

Для 220 собираем обмотки в треугольник и тут имеется особенность — напряжение на шильдике указано для трехфазных 220 вольт т.е. около 127 вольт в каждой фазе, а между двумя фазами будет 220, что как раз отмечено на табличке мотора. Для подключения к обычной однофазной сети 220 вольт существую «фазосдвигающие» конденсаторы, которые делятся на пусковые и рабочие. Лично мне они больше напоминают «костыль» для имитации трехфазного питания, но вполне работоспособны, выглядят вот так:

Поменьше рабочие (на 450V.), большой пусковой (на 300V). Производитель FUJI.

Поменьше рабочие (на 450V.), большой пусковой (на 300V). Производитель FUJI.

В чем разница между пусковыми и рабочими.

  • По роли конденсаторов: рабочий всегда подключен и работает с двигателем, а пусковой подключается на время старта, далее отключается.
  • По напряжению: рабочие рассчитаны на 400-450 вольт переменного тока, пусковые 300-350. Полярность не указывается.
  • По стоимости: 1 мкф емкости рабочего будет стоить гораздо выше 1 мкф пускового.
  • По взаимозаменяемости: рабочий как пусковой использовать возможно, но обязательно предусматривается способ его разряда после отключения (как и с пусковым). Пусковой как рабочий не используется, на них производители прямо указываю MOTOR STARTING.

Как рассчитывается.

Есть простой способ расчета рабочего конденсатора: на каждые 100 ватт мощности двигателя берется 7 мкф. Например для двигателя 0.37 кВт, что на фото, будет так: 3.7*7 = 25.9 мкф.

И более точный по формуле: к*Iф/U, где:

  • к-специальный коэффициент, для треугольника 4800, для звезды 2800;
  • Iф — фазный ток статора, совпадает с отмеченным для звезды на табличке мотора. (хотя казалось более логично использовать ток указанный для конкретного соединения обмоток и напряжения, но нет, нужен именно фазный ток, он совпадает номинальным (линейным), указанным для звезды)
  • U-напряжение сети т.е. 220 вольт

Попробуем расчет по формуле: 4800*1.182/220 = 25,78 мкф, почти тоже самое, что по упрощенной.

Для пускового емкость берется в 1-3 раза больше рабочего, все зависит от условий старта, чем тяжелее тем больше емкость.

Как подключается.

Подключение рабочего конденсатора делается так, провода по которым пойдет фаза и ноль идут на прямую к клеммам обмоток и с любого из них берется перемычка на конденсатор, с конденсатора на оставшуюся свободную клемму обмоток, выглядит как-то так:

Если старт будет тяжелый параллельно рабочему подключают пусковой через выключатель:

Выключатель (4) на картинке это не автомат, а выключатель нагрузки, по сути простой тумблер в корпусе автоматического выключатель. Изготавливают на разный ток.

Лампа (5) это светодиодная индикационная лампа СКЛ, должна быть на 380 вольт, (думаю можно заменить резистором 500 кОм — 1 Мом) разряжает конденсатор после выключения тумблера. Если не разряжать он долгое время, если не бесконечно, сохранять заряд, даже после выключения.

Как пользоваться: перед запуском двигателя включаем тумблер пускового конденсатора, как только двигатель запущен — выключаем. После окончания подачи питания можно опять включить тумблер для лучшего разряда конденсатора (заряд пойдет в мотор, возможно он провернется) и подготовки к следующему запуску.

«Подводные камни» с которыми столкнулся.

Первый камень основной и связан с расчетом рабочей емкости конденсатора. Формулы выше обще известны, но не универсальны. Скорее всего рассчитывают емкость для полностью нагруженного двигателя, а ведь не ясно полностью ли он нагружен? Вот пример подключаю рассчитанный конденсатор 25 мкф к двигателю 0.37 кВт:

Обмазал мотор приборами. Параметры при 25 мкф конденсаторе. Вес груза 1.1 кг.Потребление тока из сети.измерение напряжения

Обмазал мотор приборами. Параметры при 25 мкф конденсаторе. Вес груза 1.1 кг.

Самое большое напряжение между перемычками получилось 250 V, что больше погрешности в 10% от номинального (такой предел указывают например IEK для своих моторов). Самое главное ток по одной из линий составил 2,253 А и это уже выше номинального., по другим 1.4 А и 1.6 А. Из сети потреблялось 1,135 — 1,3 А.

Странно! Потребление из сети меньше чем в линиях, думаю конденсатор частично компенсирует/потребляет реактивную мощность двигателя, но это как говорится не точно.

Параметры при 16 мкф конденсатореМаксимальное измеренное напряжение.

Параметры при 16 мкф конденсаторе

Понижаю емкость до 16 микрофарад, ток в той-же линии становится 2 А, по другим 1,3 А и 1,3 А. Потребление из сети стало выше 1,4 — 1,542 А. Максимальный ток не ушел за номинал, самое большое измеренное напряжение 233 V — укладывается в погрешность.

Такой перекос потребления в обоих случаях, связан с тем, что двигатель слабо нагружен, если увеличить нагрузку максимальный ток, измеренный на линии, будет снижаться, а на других линиях расти. Как бы «перетекать» в другие «фазы» т.е. лучше распределяться. Потребление мощности из сети при этом вырастает.

Второй камень это вибрация электродвигателя, она гораздо выше чем если запитывать от стандартных трех фаз или трех фаз преобразователя частоты. Даже при почти одинаковом потреблении в линиях и напряжениях между перемычками, чего достаточно тяжело добиться, двигатель больше «дрожит».

Заключение: при недогруженном двигателе следует уменьшать емкость рабочего конденсатора. Расчеты дают отправную точку, далее нужно корректировать емкость. Напряжение между перемычками не должно уходить за пределы ± 10% от номинального. Ток лучше измерять в линиях, как при питании от 3-х фаз, он не должен превышать номинальный и чем разница между линиями меньше — тем лучше. Мотор не должен перегреваться.

Как быть если о электромоторе мало что известно?

Если знать обороты и вес, то можно сравнить с двигателями от других производителей. Так и вбиваю в поисковик «электродвигатель 1320 оборотов, вес 5.5 кг». Результат по первой же ссылке:

Данные из сети.

Данные из сети.

Совпадает с АИР63В4, указана мощность, но не указан ток. Вбиваю уже «АИР63В4 характеристики» результат:

Данные из сети.

Данные из сети.

Номинальное потребление почти совпал с током мотора, что у меня 1,182 А. и 1,12 А. у найденого в сети.

Обороты очень важны, например на 750 об/мин. будет весить почти 13 кг. против 5-6 кг. моторов 3000-1500 об/мин. на одинаковой мощности 0.37 кВт. Стоит учитывать материал изготовления, из чугуна будут тяжелее чем из сплава алюминия, а также внешний вид и способ крепления — фланцы и лапы добавляют веса.

Если знаете другие способы, обязательно пишите об этом в комментариях, будет интересно.

Спасибо за внимание. Если статья была полезна поддержите лайком. Если нравятся подобные темы подписывайтесь на блог.

Простоя и надежная защита электродвигателя.

Моё видео по этой стать на ютубе

Как ремонтировал холодильник

Автоматическое подключение пускового конденсатора.

Включение 3-х фазного двигателя в однофазную сеть

Среди разных методов пуска трехфазных электродвигателей в однофазную сеть, более обычный базируется на подключении третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Нужная мощность развиваемая движком в данном случае составляет 50…60% от его мощности в трехфазном включении. Не все трехфазные электродвигатели, однако, хорошо работают при подключении к однофазной сети. Среди таких электродвигателей можно выделить, к примеру, с двойной секцией короткозамкнутого ротора серии МА. В связи с этим при выборе трехфазных электродвигателей для работы в однофазной сети следует дать предпочтение движкам серий А, АО, АО2, АПН, УАД и др.

Для обычной работы электродвигателя с конденсаторным запуском нужно, чтоб емкость применяемого конденсатора изменялась зависимо от числа оборотов. На практике это условие выполнить достаточно трудно, потому употребляют двухступенчатое управление движком. При пуске мотора подключают два конденсатора, а после разгона один конденсатор отключают и оставляют только рабочий конденсатор.

1.2.  Расчет характеристик и частей электродвигателя.

Если, к примеру, в паспорте электродвигателя обозначено напряжение его питания 220/380, то движок включают в однофазную сеть по схеме, представленной на рис. 1

Схема включения трехфазного электродвигателя в сеть 220 В

С р – рабочий конденсатор;
С п – пусковой конденсатор;
П1 – пакетный выключатель

После включения пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, после чего нужно сразу надавить кнопку “Разгон”. После набора оборотов кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется методом переключения фазы на его обмотке переключателем SA1.

Емкость рабочего конденсатора Ср в случае соединения обмоток мотора в “ треугольник” определяется по формуле:

, где
Ср – емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I – потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В

А в случае соединения обмоток мотора в “звезду” определяется по формуле:

, где
Ср – емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I – потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В

Потребляемый электродвигателем ток в выше приведенных формулах, при известной мощности электродвигателя, можно вычислить из последующего выражения:

, где
Р – мощность мотора в Вт, обозначенная в его паспорте;
h – КПД;
cos j – коэффициент мощности;
U -напряжение в сети, В

Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2..2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В лучше использовать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии краткосрочного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением более 450 В. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют поочередно, соединяя меж собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами (рис. 2)

Схема соединения электролитических конденсаторов для использования их в качестве пусковых конденсаторов.

Общая емкость соединенных конденсаторов составит (С1+С2)/2.

На практике величину емкостей рабочих и пусковых конденсаторов выбирают зависимо от мощности мотора по табл. 1

Таблица 1. Значение емкостей рабочих и пусковых конденсаторов трехфазного электродвигателя зависимо от его мощности при включении в сеть 220 В.

Мощность трехфазного мотора, кВт Малая емкость рабочего конденсатора Ср, мкФ Малая емкость пускового конденсатора Ср, мкФ
0,4
0,6
0,8
1,1
1,5
2,2
40
60
80
100
150
230
80
120
160
200
250
300

Необходимо подчеркнуть, что у электродвигателя с конденсаторным запуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20…30 % превосходящий номинальный. В связи с этим, если движок нередко используется в недогруженном режиме либо вхолостую, то в данном случае емкость конденсатора Ср следует уменьшить. Может случиться, что во время перегрузки электродвигатель тормознул, тогда для его пуска опять подключают пусковой конденсатор, сняв нагрузку полностью либо снизив ее до минимума.

Емкость пускового конденсатора Сп можно уменьшить при пуске электродвигателей на холостом ходу либо с маленькой нагрузкой. Для включения, к примеру, электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой – 150 мкФ. В данном случае электродвигатель уверенно запускается при маленький нагрузке на валу.

1.3.  Переносной универсальный блок для запуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В.

Для пуска электродвигателей разных серий, мощностью около 0,5 кВт, от однофазной сети без реверсирования, можно собрать переносной универсальный пусковой блок (рис. 3)

Схема переносного универсального блока для запуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В без реверса.

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (переключатель SA1 замкнут) и собственной контактной системой КМ 1.1, КМ 1.2 подключает электродвигатель М1  к сети 220 В. Сразу с этим 3-я контактная группа КМ 1.3 замыкает кнопку SB1. После полного разгона мотора переключателем SA1 отключают пусковой конденсатор С1. Остановка мотора осуществляется нажатием на кнопку SB2.

1.3.1.  Детали.

В устройстве используется электродвигатель А471А4 (АО2-21-4) мощностью 0,55 кВт на 1420 об/мин и магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В. Кнопки SB1 и SB2 – спаренные типа ПКЕ612. В качестве тумблера SA1 используется переключатель Т2-1. В устройстве постоянный резистор R1 – проволочный, типа ПЭ-20, а резистор R2 типа МЛТ-2. Конденсаторы С1 и С2 типа МБГЧ на напряжение 400 В. Конденсатор С2 составлен из параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ 400 В. Лампа HL1 типа КМ-24 и 100 мА.

Пусковое устройство смонтировано в железном корпусе размером 170х140х50 мм (рис. 4)

1 – корпус
2 – ручка для переноски
3 – сигнальная лампа
4 – переключатель отключения пускового конденсатора
5 – кнопки “Запуск” и “Стоп”
6 – доработанная электровилка
7 – панель с гнездами разъема

На верхней панели корпуса размещены кнопки “Запуск” и “Стоп” – сигнальная лампа и переключатель для отключения пускового конденсатора. На фронтальной панели корпуса устройства находится разъем для подключения электродвигателя.

Для отключения пускового конденсатора можно использовать дополнительное реле К1, тогда надобность в тумблере  SA1 отпадает, а конденсатор будет отключаться автоматом (рис.5)

Схема пускового устройства с автоматическим отключением пускового конденсатора.

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает реле К1 и контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 – пусковой конденсатор Сп. Магнитный пускатель КМ1 само блокируется при помощи собственной контактной пары КМ 1.1, а контакты КМ 1.2 и КМ 1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку “Запуск” держат нажатой до полного разгона мотора, а после отпускают. Реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В это время магнитный пускатель КМ 1 остается включенным и обеспечивает питание электродвигателя в рабочем режиме. Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку “Стоп”. В улучшенном пусковом устройстве по схеме рис.5, можно использовать реле типа МКУ-48 либо ему схожее.

2. Внедрение электролитических конденсаторов в схемах пуска электродвигателей.

При включении трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть, обычно используют простые бумажные конденсаторы. Но практика показала, что вместо массивных бумажных конденсаторов можно использовать оксидные (электролитические) конденсаторы, которые имеют наименьшие габариты и более доступны в плане покупки. Схема эквивалентной замены обычного бумажного конденсатора дана на рис. 6

Схема задмены бумажного конденсатора (а) электролитическим (б, в).

Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD1, С2, а отрицательная VD2, С2. Исходя из этого можно использовать оксидные конденсаторы с допустимым напряжением вдвое наименьшим, чем для обычных конденсаторов той же емкости. К примеру, если в схеме для однофазной сети напряжением 220 В употребляется бумажный конденсатор на напряжение 400 В, то при его подмене, по вышеприведенной схеме, можно использовать электролитический конденсатор на напряжение 200 В. В приведенной схеме емкости обоих конденсаторов схожи и выбираются аналогично методике выбора бумажных конденсаторов для пускового устройства.

2.1. Включение трехфазного мотора в однофазовую сеть с внедрением электролитических конденсаторов.

Схема включения трехфазного мотора в однофазную сеть с внедрением электролитических конденсаторов приведена на рис.7.

Схема включения трехфазного мотора в однофазовую сеть с помощью электролитических конденсаторов.

В приведенной схеме, SA1 – тумблер направления вращения мотора, SB1 – кнопка разгона мотора, электролитические конденсаторы С1 и С3 используются для запуска мотора, С2 и С4 – во время работы.

Подбор электролитических конденсаторов в схеме рис. 7 лучше создавать при помощи токоизмерительных клещей. Определяют токи в точках А, В, С и достигает равенства токов в этих точках методом ступенчатого подбора емкостей конденсаторов. Замеры проводят при нагруженном движке в том режиме, в каком подразумевается его эксплуатация. Диоды VD1 и VD2 для сети 220 В выбираются с оборотным очень допустимым напряжением более 300 В. Наибольший прямой ток диода находится в зависимости от мощности мотора. Для электродвигателей мощностью до 1 кВт подходят диоды Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247 с прямым током 10 А. При большей мощности мотора от 1 кВт до 2 кВт необходимо взять большие диоды с подходящим прямым током, либо поставить несколько меньших диодов параллельно, установив их на радиаторы.

Следует обратить ВНИМАНИЕ на то, что при перегрузке диода может произойти его пробой и через электролитический конденсатор потечет переменный ток, что может привести к его нагреву и взрыву.

3. Включение мощных трехфазных движков в однофазную сеть.

Конденсаторная схема включения трехфазных движков в однофазовую сеть позволяет получить от мотора менее 60% от номинальной мощности, в то время как предел мощности электрифицированного устройства ограничивается 1,2 кВт. Этого очевидно недостаточно для работы электрорубанка либо электрической пилы, которые обязаны иметь мощность 1,5…2 кВт. Неувязка в этом случае может быть решена внедрением электродвигателя большей мощности, к примеру, с мощностью 3…4 кВт. Такового типа движки рассчитаны на напряжение 380 В, их обмотки соединены «звездой» и в клеммной коробке содержится всего 3 вывода. Включение такового мотора в сеть 220 В приводит к понижению номинальной мощности мотора в 3 раза и на 40 % при работе в однофазовой сети. Такое понижение мощности делает движок неприменимым для работы, но может быть применено для раскрутки ротора вхолостую либо с малой нагрузкой. Практика указывает, что большая часть электродвигателей уверенно разгоняется до номинальных оборотов, и в данном случае пусковые токи не превосходят 20 А.

3.1.  Доработка трехфазного мотора.

Более просто можно выполнить перевод мощного трехфазного мотора в рабочий режим, если переработать его на однофазовый режим работы, получая при всем этом 50 % номинальной мощности. Переключение мотора в однофазный режим требует его доработки. Вскрывают клеммную коробку и определяют, с какой стороны крышки корпуса мотора подходят выводы обмоток. Отворачивают болты крепления крышки и вынимают ее из корпуса мотора. Находят место соединения 3-х обмоток в общую точку и подпаивают к общей точке дополнительный проводник с сечением, подходящим сечению провода обмотки. Скрутку с подпаянным проводником изолируют изолентой либо поливинилхлоридной трубкой, а дополнительный вывод протягивают в клеммную коробку. После чего крышку корпуса устанавливают на место.

Схема коммутации электродвигателя в данном случае будет иметь вид, показанный на рис. 8.

Схема коммутации обмоток трехфазного электродвигателя для включения в однофазовую сеть.

Во время разгона мотора используется соединение обмоток «звездой» с подключением фазосдвигающего конденсатора Сп. В рабочем режиме в сеть остается включенной только одна обмотка, и вращение ротора поддерживается пульсирующим магнитным полем. После переключения обмоток конденсатор Сп разряжается через резистор Rр. Работа представленной схемы была опробована с движком типа АИР-100S2Y3 (4 кВт, 2800 об/мин), установленном на самодельном деревообрабатывающем станке и показала свою эффективность.

3.1.1.  Детали.

В схеме коммутации обмоток электродвигателя, в качестве коммутационного устройства SA1 следует использовать пакетный тумблер на рабочий ток более 16 А, к примеру, тумблер типа ПП2-25/Н3 (двухполюсный с нейтралью, на ток 25 А). Тумблер SA2 может быть любого типа, но на ток более 16 А. Если реверс мотора не требуется, то этот тумблер SA2 можно исключить из схемы.

Недостатком предложенной схемы включения мощного трехфазного электродвигателя в однофазную сеть можно считать чувствительность мотора к перегрузкам. Если нагрузка на валу достигнет половины мощности мотора, то может произойти понижение скорости вращения вала прямо до полной его остановки. В данном случае снимается нагрузка с вала мотора. Тумблер переводится поначалу в положение «Разгон», а позже в положение «Работа» и продолжают последующую работу.

Расчет мощности конденсатора для трехфазного двигателя

Расчет емкости фазосдвигающего конденсатора

для трехфазного асинхронного двигателя в бытовой однофазной сети

Рабочий и пусковой конденсаторы включаются в цепь параллельно, во время пуска работают одновременно, затем пусковой отключают. В момент пуска асинхронных двигателей (особенно, с нагрузкой на валу) в сети 220 В требуется повышенная емкость фазосдвигающего конденсатора (в 2-3 раза выше емкости рабочего).

Двигатель, имеющий маркировку 220/380 и Δ/Y включается в однофазную сеть 220В по схеме треугольник, по схеме звезда в сети 220В такой двигатель будет терять в мощности троекратно и сильно греться.

При соединении конденсаторов параллельно их емкость суммируется. При соединении конденсаторов последовательно, рабочее напряжение в цепи будет равняться сумме напряжений всех конденсаторов, а емкость вычисляется по формуле: 1/C = 1/C1 + 1/C2 + . + 1/Cn. Рабочее напряжение в цепи конденсаторов должно быть минимум в полтора раза выше напряжения сети (то есть не менее 330В в сети 220В). Таким образом, два конденсатора на 200 мкф с рабочим напряжением 200В дадут при последовательном соединении емкость 100 мкф и допустимое рабочее напряжение 400В. При параллельном соединении емкость будет 400 мкф и рабочее напряжение 200В (самое низкое значение допустимого напряжения из всего набора конденсаторов в цепи). Необходимые конденсаторы представлены в сетевых магазинах в разделе пусковых конденсаторов (не ищите по старинке бумажные — их практически перестали выпускать).

Видеопримеры работы двигателя 2.2 кВт и 1.1 кВт с одной и той же нагрузкой и правильно подобранными рабочими и пусковыми конденсаторами, разница в скорости пуска 3 и 20 секунд. И сборка на 3.3 кВт весело крутится (пильный диск 350 мм в диаметре).

Схема включения в однофазную сеть трёхфазного асинхронного двигателя с обмотками статора, соединёнными по схеме «звезда» (а) или «треугольник» (б): B1 — Переключатель направления вращения (реверс), В2 — Выключатель пусковой ёмкости; Ср — рабочий конденсатор; Cп — пусковой конденсатор; АД — асинхронный электродвигатель.

На схеме представлено последовательное (сверху) и параллельное (снизу) соединение кон­ден­саторов.

На рисунке представлена схема соединения обмоток двигателя «Звезда».

На рисунке представлена схема соединения обмоток двигателя «Треугольник».

Для включения трехфазного электродвигателя (что такое электродвигатель ➠) в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник.

Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор 1 и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.

Пусковая емкость конденсаторов

После пуска двигателя конденсатор 2 отключают.

Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:

где Ср — рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
Iном — номинальный ток фазы двигателя, А;
U — напряжение сети, В.

Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается.

При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ÷ 3) Ср.

Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям:

где Uк и U — напряжения на конденсаторе и в сети.

Основные технические данные некоторых конденсаторов приведены в таблице.

Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15—20%.

В том случае, если конденсаторы отсутствуют, можно использовать резисторы, которые включаются по тем же схемам, что и при конденсаторном пуске. Резисторы включаются вместо пусковых конденсаторов (рабочие конденсаторы отсутствуют).

Сопротивление (Ом) резистора может быть определено по формуле

,

где R — сопротивление резистора;
κ и I— кратность пускового тока и линейный ток в трехфазном режиме.

Пример расчета рабочей емкости конденсатора для двигателя

Определить рабочую емкость для двигателя АО 31/2, 0.6 кВт, 127/220 В, 4.2/2.4 А, если двигатель включен по схеме, изображенной на рис. а, а напряжение сети равно 220 В. Пуск двигателя без нагрузки.

1. Рабочая емкость Ср = 2800 x 2.4 / 220 ≈ 30 мкФ.

2. Напряжение на конденсаторе при выбранной схеме Uк = 1,15 x U = 1,15 x 220 = 253 В.

По таблице выбираем три конденсатора МБГО-2 по 10 мкФ каждый с рабочим напряжением 300 В. Конденсаторы включать параллельно.

Источник: В.И. Дьяков. Типовые расчеты по электрооборудованию.

Видео о том, как подключить электродвигатель на 220 вольт:

    Подобные расчеты

Время чтения: 2 минуты Нет времени?

Отправим материал вам на e-mail

Когда асинхронный двигатель подключается в однофазную сеть 220/230 В необходимо обеспечить сдвиг фаз в обмотках статора, имитирующий вращающееся магнитное поле. Это и приводит к вращению вала ротора электродвигателя, как в «родных» трехфазных сетях переменного тока. Для достижения этой цели в «не родных сетях» и служит конденсатор.

Подключение конденсатора к электродвигателю

Подбирать конденсатор следует очень внимательно, поэтому специально для читателей нашего онлайн-журнала был разработан удобный калькулятор с необходимыми пояснениями.

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора

Пояснения к расчету

Схема соединения обычно отмечена на самом конденсаторе, и может обозначаться либо звёздой, либо треугольником. Как правило, это две разные формы, ёмкость которых рассчитывается, по- разному:

Схема подключения рабочего и пускового конденсатора при разных способах подключения обмотокРасчетные зависимости
Ср = 2800*I/U;
I = P/(√3*U*η*cosϕ)

Ср — емкость рабочего конденсатора

Ср = 4800*I/U;
I = P/(√3*U*η*cosϕ)

Ср — емкость рабочего конденсатора

Сп = 2,5*Ср, где Сп — емкость пускового конденсатора при любом способе подключенияРасшифровка обозначений:

Ср — емкость рабочего конденсатора, мкФ
Сп — емкость пускового конденсатора, мкФ
I — ток, А
U — напряжение в сети, В
η — КПД двигателя в %, деленных на 100
cosϕ — коэффициент мощности

Полученные результаты расчета используются для подбора конденсаторов нужных номиналов. Номинала именно расчетного значения вряд ли можно будет найти, поэтому правила подбора следующие:

  • если расчетное значение точно попало в существующий номинал, то в этом случае повезло — берете именно такой.
  • если совпадения нет, то рекомендуется выбирать емкость ближайшего нижнего номинального значения. Выбирать выше не следует (особенно для рабочих конденсаторов), так как существует вероятность значительного возрастания рабочих токов и перегрева обмоток.
  • По напряжению конденсаторы обязательно подбираются с номиналом не менее, чем в 1,5 раза выше напряжения сети, поскольку в момент пуска напряжение на самом конденсаторе всегда повышенное. Например, для однофазного напряжения 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, а по опыту электриков даже не менее 400 В.

Ниже мы приведем таблицу номинальных значений конденсаторов серий СВВ60 и СВВ65. Эти конденсаторы чаще всего применяют при подключении асинхронных двигателей. Серия СВВ65 отличается от серии СВВ60 металлическим корпусом. В качестве пусковых часто применяют электролитические конденсаторы серии CD60. Причем опытные профессионалы не рекомендуют использовать их в качестве рабочих, поскольку продолжительные время работы быстро выводит их из строя.

Полипропиленовые пленочные конденсаторы серий СВВ60 и СВВ65Электролитические неполярные конденсаторы серии CD60
Изображение
Номинальное рабочее напряжение, В400; 450; 630220-275; 300; 450
Номинальный ряд, мкФ1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 10; 12; 14; 15; 16; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 100; 120; 1505; 10; 15; 20; 25; 50; 75; 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 1000; 1200; 1500

Иногда бывает рациональнее использовать два и более конденсатора, чтобы получить нужную емкость. При этом они могут быть соединены последовательно или параллельно. При параллельном соединении результирующая емкость будет складываться, при последовательном она будет меньше емкости любого из конденсаторов. Для расчета данного соединения мы также подготовили для вас специальный калькулятор.

Калькулятор расчета результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсатора

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Характеристики конденсатора

и технические характеристики конденсатора

Существует множество характеристик и спецификаций конденсаторов, связанных со скромным конденсатором, и чтение информации, напечатанной на корпусе конденсатора, иногда может быть трудным для понимания, особенно при использовании цветов или числовых кодов.

Каждое семейство или тип конденсатора использует свой собственный уникальный набор характеристик конденсатора и систему идентификации, при этом некоторые системы просты для понимания, а другие используют вводящие в заблуждение буквы, цвета или символы.

Лучший способ выяснить, какие характеристики конденсатора обозначает этикетка, — это сначала выяснить, к какому типу семейства принадлежит конденсатор, будь то керамический, пленочный, пластиковый или электролитический, и, таким образом, может быть легче определить конкретные характеристики конденсатора.

Даже если два конденсатора могут иметь одно и то же значение емкости, они могут иметь разные номиналы напряжения. Если конденсатор с меньшим номинальным напряжением заменяется конденсатором с более высоким номинальным напряжением, повышенное напряжение может повредить меньший конденсатор.

Также мы помним из предыдущего урока, что с поляризованным электролитическим конденсатором положительный вывод должен подключаться к положительному соединению, а отрицательный вывод — к отрицательному, иначе он может снова выйти из строя. Поэтому всегда лучше заменить старый или поврежденный конденсатор на тот же тип, что и указанный. Пример маркировки конденсатора приведен ниже.

Характеристики конденсатора

Конденсатор, как и любой другой электронный компонент, имеет ряд характеристик.Эти характеристики конденсатора всегда можно найти в технических паспортах, которые производитель конденсаторов предоставляет нам, так что вот лишь некоторые из наиболее важных из них.

1. Номинальная емкость, (C)

Номинальное значение емкости Емкость , C конденсатора является наиболее важной из всех характеристик конденсатора. Это значение измеряется в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) или микрофарадах (мкФ) и маркируется на корпусе конденсатора цифрами, буквами или цветными полосами.

Емкость конденсатора может изменяться в зависимости от частоты цепи (Гц) y в зависимости от температуры окружающей среды. Керамические конденсаторы меньшего размера могут иметь номинальное значение всего один пикофарад (1 пФ), в то время как более крупные электролитические конденсаторы могут иметь номинальное значение емкости до одного фарада (1 Ф).

Все конденсаторы имеют допуски от -20% до + 80% для алюминиевых электролитов, влияющие на его фактическое или реальное значение. Выбор емкости определяется конфигурацией схемы, но значение, считываемое на стороне конденсатора, не обязательно может быть его фактическим значением.

2. Рабочее напряжение, (WV)

Рабочее напряжение — еще одна важная характеристика конденсатора, которая определяет максимальное непрерывное напряжение постоянного или переменного тока, которое может быть приложено к конденсатору без сбоев в течение его срока службы. Как правило, рабочее напряжение, напечатанное на стороне корпуса конденсатора, относится к его рабочему напряжению постоянного тока (WVDC).

Значения постоянного и переменного напряжения обычно не совпадают для конденсатора, поскольку значение переменного напряжения относится к r.РС. значение, а НЕ максимальное или пиковое значение, которое в 1,414 раза больше. Кроме того, указанное рабочее напряжение постоянного тока действительно в определенном диапазоне температур, обычно от -30 ° C до + 70 ° C.

Любое постоянное напряжение, превышающее рабочее напряжение, или чрезмерный пульсирующий ток переменного тока могут вызвать отказ. Отсюда следует, что конденсатор будет иметь более длительный срок службы при эксплуатации в прохладной среде и в пределах своего номинального напряжения. Стандартные рабочие напряжения постоянного тока составляют 10 В, 16 В, 25 В, 35 В, 50 В, 63 В, 100 В, 160 В, 250 В, 400 В и 1000 В и указаны на корпусе конденсатора.

3. Допуск, (±%)

Как и резисторы, конденсаторы также имеют рейтинг допуска , выраженный как положительное или отрицательное значение либо в пикофарадах (± пФ) для конденсаторов малой емкости, как правило, менее 100 пФ, либо в процентах (±%) для конденсаторов большей емкости, как правило. выше 100 пФ.

Значение допуска — это степень, в которой фактическая емкость может отличаться от номинальной и может находиться в диапазоне от -20% до + 80%. Таким образом, конденсатор 100 мкФ с допуском ± 20% может законно изменяться от 80 мкФ до 120 мкФ и все еще оставаться в пределах допуска.

Конденсаторы

классифицируются в зависимости от того, насколько близки их фактические значения к номинальной номинальной емкости с цветными полосами или буквами, используемыми для обозначения их фактического допуска. Наиболее частое отклонение допусков для конденсаторов составляет 5% или 10%, но некоторые пластиковые конденсаторы имеют номинальный уровень до ± 1%.

4. Ток утечки

Диэлектрик, используемый внутри конденсатора для разделения проводящих пластин, не является идеальным изолятором, что приводит к очень небольшому току, протекающему или «протекающему» через диэлектрик из-за влияния мощных электрических полей, создаваемых зарядом на пластинах при наложении. на постоянное напряжение питания.

Этот небольшой постоянный ток, протекающий в области наноампер (нА), называется конденсаторами Leakage Current . Ток утечки является результатом того, что электроны физически проходят через диэлектрическую среду, вокруг ее краев или между выводами и со временем полностью разряжают конденсатор, если напряжение питания снимается.

Когда утечка очень мала, например, в конденсаторах пленочного или фольгового типа, ее обычно называют «сопротивлением изоляции» (R p ), и ее можно выразить как высокое значение сопротивления параллельно конденсатору, как показано.Когда ток утечки высок, как в электролитах, это называется «током утечки», поскольку электроны проходят непосредственно через электролит.

Ток утечки конденсатора является важным параметром в цепях связи усилителя или в цепях источника питания, при этом лучшим выбором для приложений связи и / или хранения является тефлон и другие типы пластиковых конденсаторов (полипропилен, полистирол и т. Д.), Потому что чем ниже диэлектрическая постоянная , тем выше сопротивление изоляции.

Конденсаторы электролитического типа (танталовые и алюминиевые), с другой стороны, могут иметь очень высокую емкость, но они также имеют очень высокие токи утечки (обычно порядка 5-20 мкА на мкФ) из-за их низкого сопротивления изоляции, и поэтому не подходят для хранения или соединения. Кроме того, ток утечки для алюминиевых электролитов увеличивается с температурой.

5. Рабочая температура, (Т)

Изменения температуры вокруг конденсатора влияют на значение емкости из-за изменений диэлектрических свойств.Если температура воздуха или окружающей среды становится слишком горячей или холодной, значение емкости конденсатора может измениться настолько, что повлияет на правильную работу цепи. Нормальный рабочий диапазон для большинства конденсаторов составляет от -30 o C до +125 o C с номинальным напряжением, указанным для рабочей температуры , не более +70 o C, особенно для пластиковых конденсаторов.

Обычно для электролитических конденсаторов и особенно алюминиевых электролитических конденсаторов при высоких температурах (свыше +85 o C жидкости в электролите могут испаряться, а корпус конденсатора (особенно малых размеров) может деформироваться из-за внутреннее давление и прямая утечка.Также электролитические конденсаторы нельзя использовать при низких температурах, ниже примерно -10 o C, так как электролитный гель замерзает.

6. Температурный коэффициент, (TC)

Температурный коэффициент конденсатора — это максимальное изменение его емкости в заданном диапазоне температур. Температурный коэффициент конденсатора обычно выражается линейно в частях на миллион на градус Цельсия (PPM / o C) или в процентах изменения в определенном диапазоне температур.Некоторые конденсаторы являются нелинейными (конденсаторы класса 2) и увеличивают свое значение при повышении температуры, придавая им температурный коэффициент, который выражается положительным знаком «P».

Некоторые конденсаторы уменьшают свое значение при повышении температуры, придавая им температурный коэффициент, который выражается как отрицательный «N». Например, «P100» составляет +100 ppm / o C или «N200», что составляет -200 ppm / o C и т. Д. Однако некоторые конденсаторы не меняют своего значения и остаются постоянными в определенном диапазоне температур, например конденсаторы имеют нулевой температурный коэффициент или «НПО».Эти типы конденсаторов, такие как слюдяные или полиэфирные, обычно относятся к конденсаторам класса 1.

Большинство конденсаторов, особенно электролитические, теряют свою емкость при нагревании, но доступны конденсаторы с температурной компенсацией в диапазоне от P1000 до N5000 (от +1000 ppm / o C до -5000 ppm / o C). Также возможно подключить конденсатор с положительным температурным коэффициентом последовательно или параллельно с конденсатором, имеющим отрицательный температурный коэффициент, в результате чего два противоположных эффекта будут нейтрализовать друг друга в определенном диапазоне температур.Еще одно полезное применение конденсаторов с температурным коэффициентом — их использование для нейтрализации влияния температуры на другие компоненты в цепи, такие как катушки индуктивности, резисторы и т. Д.

7. Поляризация

Конденсатор Поляризация обычно относится к конденсаторам электролитического типа, но в основном к алюминиевым электролитическим конденсаторам в отношении их электрического соединения. Большинство электролитических конденсаторов являются поляризованными, то есть напряжение, подключенное к клеммам конденсатора, должно иметь правильную полярность, т.е.е. положительное на положительное и отрицательное на отрицательное.

Неправильная поляризация может привести к разрушению оксидного слоя внутри конденсатора, что приведет к протеканию очень больших токов через устройство, что приведет к разрушению, как мы упоминали ранее.

У большинства электролитических конденсаторов отрицательный полюс -ve четко обозначен черной полосой, полосой, стрелками или шевронами на одной стороне корпуса, как показано на рисунке, для предотвращения неправильного подключения к источнику постоянного тока.

У некоторых более крупных электролитиков металлическая банка или корпус соединены с отрицательной клеммой, но у высоковольтных электролизеров металлическая банка изолирована, а электроды выведены на отдельные лопаточные или винтовые клеммы для безопасности.

Кроме того, при использовании алюминиевых электролитов в сглаживающих цепях источника питания следует позаботиться о том, чтобы сумма пикового напряжения постоянного тока и пульсирующего напряжения переменного тока не превратилась в «обратное напряжение».

8. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

Эквивалентное последовательное сопротивление или ESR конденсатора представляет собой полное сопротивление переменного тока конденсатора при использовании на высоких частотах и ​​включает сопротивление диэлектрического материала, сопротивление постоянному току выводов клемм, сопротивление постоянного тока соединений. сопротивление диэлектрика и обкладки конденсатора измеряется при определенной частоте и температуре.

ESR Модель

В некотором смысле ESR противоположен сопротивлению изоляции, которое представляется как чистое сопротивление (без емкостного или индуктивного реактивного сопротивления) параллельно конденсатору. Идеальный конденсатор должен иметь только емкость, но ESR представляется как чистое сопротивление (менее 0,1 Ом), включенное последовательно с конденсатором (отсюда и название — эквивалентное последовательное сопротивление), и которое зависит от частоты, что делает его «ДИНАМИЧНОЙ» величиной.

Поскольку ESR определяет потери энергии «эквивалентного» последовательного сопротивления конденсатора, оно должно определять общие тепловые потери конденсатора I 2 R, особенно при использовании в цепях питания и коммутации.

Конденсаторы с относительно высоким ESR имеют меньшую способность пропускать ток к пластинам и от них во внешнюю цепь из-за большей постоянной времени заряда и разряда RC. ESR электролитических конденсаторов со временем увеличивается по мере высыхания электролита. Доступны конденсаторы с очень низким рейтингом ESR, которые лучше всего подходят при использовании конденсатора в качестве фильтра.

В заключение, конденсаторы с малой емкостью (менее 0,01 мкФ) обычно не представляют большой опасности для человека.Однако, когда их емкость начинает превышать 0,1 мкФ, прикосновение к выводам конденсатора может вызвать шок.

Конденсаторы

обладают способностью накапливать электрический заряд в виде напряжения на самих себе, даже когда в цепи не течет ток, давая им своего рода память с большими емкостными конденсаторами электролитического типа, которые можно найти в телевизорах, фото вспышках и потенциально конденсаторных батареях. хранение смертельного заряда.

Как правило, никогда не прикасайтесь к выводам конденсаторов большой емкости после отключения источника питания.Если вы не уверены в их состоянии или безопасном обращении с этими конденсаторами большой емкости, обратитесь за помощью или советом к специалисту, прежде чем обращаться с ними.

Мы перечислили здесь только некоторые из множества характеристик конденсаторов, доступных как для идентификации, так и для определения условий его эксплуатации, а в следующем руководстве в нашем разделе о конденсаторах мы рассмотрим, как конденсаторы накапливают электрический заряд на своих пластинах и используем его для расчета его значение емкости.

Понимание коэффициента мощности — Laurens Electric Cooperative

Корректировка коэффициента мощности с помощью конденсаторов

Описание:

Коэффициент мощности — это соотношение (фазы) тока и напряжения в электрических распределительных системах переменного тока.В идеальных условиях ток и напряжение «синфазны», а коэффициент мощности равен «100%». При наличии индуктивных нагрузок (двигателей) коэффициент мощности менее 100% (обычно может составлять от 80 до 90%).

Низкий коэффициент мощности, с точки зрения электричества, вызывает протекание более сильного тока в линиях распределения электроэнергии, чтобы обеспечить заданное количество киловатт сверх электрической нагрузки.

Эффекты?

Система распределения электроэнергии в здании или между зданиями может быть перегружена избыточным (бесполезным) током.

Мощность генерирующих и распределительных систем, принадлежащих Laurens Electric, измеряется в кВА (килоамперах).

кВА = НАПРЯЖЕНИЕ X АМПЕР X 1,73 (трехфазная система) / 1000

При единичном коэффициенте мощности (100%) потребуется 2000 кВА мощности генерирующей и распределительной сети для обеспечения 2000 кВт. Однако если коэффициент мощности упадет до 85%, потребуется 2 353 кВА мощности. Таким образом, мы видим, что более низкий коэффициент мощности оказывает обратное влияние на генерирующую и распределительную мощность.

Перегрузки с низким коэффициентом мощности генерирующие, распределительные и сети с избыточным значением кВА.

Если вы владеете большим зданием, вам следует подумать о корректировке низкого коэффициента мощности по одной из следующих причин или по обеим этим причинам:

  • Чтобы снизить вероятность дополнительных расходов на коэффициент мощности в случае, если Laurens Electric начнет выставлять счета за корректировку коэффициента мощности и
  • To восстановить мощность (кВА) перегруженных фидеров в здании или строительном комплексе.

Существует несколько методов коррекции более низкого коэффициента мощности.Обычно используются: емкость.

Конденсаторные батареи

Самым практичным и экономичным устройством коррекции коэффициента мощности является конденсатор. Это улучшает коэффициент мощности, поскольку влияние емкости прямо противоположно влиянию индуктивности.

Вариант номинальной мощности конденсатора в кВАр показывает, какую реактивную мощность будет выдавать конденсатор. Так как этот вид реактивной мощности компенсирует реактивную мощность, вызванную индуктивностью, каждый киловар емкости снижает чистую потребляемую реактивную мощность на ту же величину.Конденсатор на 15 кВАр, например, нейтрализует 15 кВА индуктивной реактивной мощности.

Конденсаторы могут быть установлены в любой точке электрической системы и улучшат коэффициент мощности между точкой приложения и источником питания. Однако коэффициент мощности между нагрузкой и конденсатором останется неизменным. Конденсаторы обычно добавляются в каждую часть неисправного оборудования, перед группами двигателей (перед центрами управления двигателями или распределительными щитами) или в основных службах.

Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности — Калькулятор размеров и формулы

Чтобы рассчитать требуемую емкость PFC, нам необходимо знать существующую реактивную мощность Q L (VAR) вашей электрической системы и выбрать желаемый PF. Проблема в том, что Q L не всегда известна. Есть несколько способов оценки Q L , в зависимости от того, какие другие величины известны. Мы обсудим эти методы ниже. Важно отметить тот факт, что реактивная мощность двигателя непостоянна и незначительно меняется в зависимости от нагрузки.Поэтому, чтобы избежать чрезмерной коррекции, в идеале вы должны определить значение VAR вашего двигателя на холостом ходу. К сожалению, производители редко указывают это число.

Если вы не можете получить информацию о Q L от производителя, вы можете попросить электрика измерить ток холостого хода с помощью токоизмерительных клещей и умножить результат на напряжение. Технически это будет полная ВА, но при отсутствии рабочей мощности результат будет близок к ВАР. После того, как вы определили «Q L », требуемый номинал конденсаторов PFC будет просто Qc = Q L × PF желаемый , где PF дан в виде десятичной дроби.Если вы не можете определить VAR без нагрузки, все становится немного сложнее. Вспомним из геометрии, что тангенс угла в прямоугольном треугольнике — это отношение противоположной стороны к соседней стороне. Тогда, как видно из треугольной диаграммы мощности, нескорректированные и скорректированные значения реактивной мощности задаются следующими уравнениями:

Q нескорректированный = P × tanφ 1
Q исправленный = P × tanφ 2 ,
где P — действительная мощность.Отсюда находим требуемый Qc:

Qc = Q нескорректированный -Q исправленный = P × (tanφ 1 — tanφ 2 )

Здесь есть три неизвестных значения: P, φ 1 и φ 2 . Рабочую мощность P можно измерить ваттметром. Чтобы найти φ 1 , нам нужно знать гипотенузу, которая представляет полную мощность S (ВА). Итак, вам нужно измерить полный ток при полной нагрузке и умножить его на напряжение. Когда мы знаем P и S, предполагая неискаженный синусоидальный ток без гармоник, мы можем найти φ 1 = arccos (P / S) .Точно так же желаемый угол φ 2 равен φ 2 = arccos (PF 2 ), где PF 2 — целевой коэффициент мощности.

Наконец, если измерение P и VA на вашем предприятии нецелесообразно, у вас нет другого выбора, кроме как собрать значения HP, PF и эффективности из таблицы данных двигателя. Этот метод наименее точен, поскольку приведенные выше данные относятся к работе с полной нагрузкой, в то время как в действительности двигатели почти всегда недогружены. Поскольку 1 л.с. ≈ 0,746 киловатт, если вы не знаете P, вы можете оценить его как
P (кВт) = л.с. × 0.746 / η , где η — это эффективность в десятичном формате (обычно от 0,8 до 0,95). Подставляя φ1 и φ2 в наше выражение для Qc, получаем:

Qc (kVAR) = P (кВт) × [tan (arccos (PF 1 )) — tan (arccos (PF 2 ))] ,
где PF 1 и PF 2 — это начальный и улучшенный PF соответственно (если у вас PF выражен в процентах, вам нужно разделить его на 100). Наш калькулятор просто реализует приведенную выше формулу. После того, как вы нашли требуемый кВАр, выберите стандартный конденсатор с равным или меньшим значением.Всегда лучше недооценить, чем перевернуть. Обратите внимание, что, хотя обычно емкость измеряется в микрофарадах, для упрощения определения размеров конденсаторов PFC производители оценивают их в киловарах (кВАр). Поскольку Ic = V / Xc и Xc = 1 / (2πFC), тогда V × I = 2πFCV 2 , где «C» — в фарадах, «F» — в герцах. Если мы выразим V × I в кВАр и «C» в мкФ, то соотношение между этими двумя величинами будет следующим: кВАр = 2πFC мкФ В 2 × 10 -9 .

Наш виджет предназначен только для предварительной приблизительной оценки — прочтите наш полный отказ от ответственности, указанный ниже.Вам нужен инженер, который проведет исследование, предложит решение и определит, имеет ли проект финансовый смысл.

Конденсаторный двигатель

— обзор

Тесты конденсаторов двигателя

Помимо содержания конденсаторов в чистоте, они не требуют или почти не требуют профилактического обслуживания. Не допускать попадания пыли, грязи, жира, масла. или любые металлические частицы, собирающиеся между выводами. Это может привести к пробою изоляции между выводами и возникновению дуги. Содержите корпуса в чистоте, чтобы тепло, выделяемое конденсаторами, могло передаваться в окружающий воздух.Большинство конденсаторов двигателей имеют срок службы около 60 000 часов при непрерывной работе при номинальном напряжении и температурах не выше 70 ° C.

Конденсаторы необходимо время от времени наблюдать и проверять в рамках программы текущего обслуживания. Помните, что конденсатор может сохранять свой заряд даже после отключения питания от цепи. Перед работой с конденсаторами обязательно разряжайте конденсаторы заземляющим стержнем.

Обратите внимание на работу двигателя. Если двигатель набирает обороты, развивает нормальный крутящий момент и работает на скорости, конденсатор, вероятно, в порядке.В противном случае указывается дальнейшая проверка состояния конденсатора.

Осмотрите конденсатор на предмет вздутия корпуса или утечки электролита. Если существует какая-либо из этих проблем, замените конденсатор.

Проверьте конденсатор на короткое замыкание с помощью омметра. Перед подключением измерителя убедитесь, что конденсатор разряжен. Конденсатор может хранить достаточно энергии, чтобы разрушить счетчик.

Установите омметр на максимальное значение. Подключите провода к конденсатору. На обычном конденсаторе измеритель будет отклоняться вверх по шкале и быстро вернется к очень большому оммическому значению.Если конденсатор показывает ноль Ом или очень низкое значение сопротивления, это плохо. Замени это. Полномасштабное показание стандартного омметра соответствует 0 Ом (Рисунок 10-49).

РИСУНОК 10-49. Проверка конденсатора на короткое замыкание и обрыв с помощью омметра.

Если конденсатор не может отклоняться вверх по шкале, когда омметр установлен на высокий множитель, вероятно, конденсатор открыт. Замени это. С очень маленькими конденсаторами [пикофарады (пФ)] вы можете не получить прогиб. Это нормально. Однако все конденсаторы, используемые с двигателями, намного больше.Если вы повторите тест из-за того, что не наблюдаете за измерителем внимательно, обязательно разрядите конденсатор. Он будет заряжаться до потенциала напряжения батареи счетчика.

Ни один из этих тестов не является абсолютным из-за низкого напряжения, подаваемого омметром. Короткий тест может показать, что конденсатор исправен, но при подаче сетевого напряжения переменного тока происходит большая утечка тока. Кроме того, тест омметром не скажет вам, изменилось ли значение конденсатора.

На рынке имеются коммерческие тестеры конденсаторов. Эти тестеры позволяют проводить испытания конденсатора номинальным напряжением при измерении его утечки по току.Кроме того, в этих приборах используется конденсаторная мостовая схема, которая позволяет определять значение конденсатора в фарадах. Когда этот тип устройства станет доступен, научитесь его использовать. В большинстве случаев у вас не будет средства проверки конденсаторов, поэтому необходим другой метод.

Настройте схему, как показано на Рисунке 10-50. Рекомендуется установить предохранитель в цепи в случае, если максимальное сопротивление в цепи отсутствует, когда она находится под напряжением, и конденсатор находится в закороченном состоянии.

РИСУНОК 10-50. Схема проверки конденсаторов.

Во время проверки отключите конденсатор от цепи двигателя. Большинство производителей двигателей используют коричневые изолированные проводники для подключения конденсатора к цепи. Один из коричневых проводов может иметь индикаторный цвет по всей длине. Перед подачей питания установите реостат так, чтобы в цепи было максимальное сопротивление.

Если ток, протекающий через конденсатор, и напряжение на нем известны, значение емкости в микрофарадах можно рассчитать по формуле

C = IK / V

K — константа, равная

K = 1 / (2πF × 10−6) = 1 000 0006.28 × 60

Для 60 герц K равно 2650. Эта константа выводится из формулы емкостного реактивного сопротивления. Значение K будет меняться с изменением частоты.

Предполагая 120 В переменного тока на конденсаторе и ток 2 ампера, как показано на рисунке 10-50, значение конденсатора будет равно

C = (2 A × 2650) / 120 В = 44,16 мкФ

Большинство конденсаторов двигателя иметь допуск 20%. Если экспериментальное значение конденсатора в фарадах не находится в пределах 20% от его номинального значения, замените конденсатор.Допустимый диапазон емкости конденсатора в этом примере составляет плюс-минус 9 мкФ или от 36 до 54 мкФ.

Конденсаторы и емкость — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните понятие конденсатора и его емкости
  • Опишите, как оценить емкость системы проводов

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрического заряда и электрической энергии.Он состоит как минимум из двух электрических проводников, разделенных расстоянием. (Обратите внимание, что такие электрические проводники иногда называют «электродами», но, точнее, они «обкладки конденсатора».) Пространство между конденсаторами может быть просто вакуумом, и в этом случае конденсатор будет известен как «Вакуумный конденсатор». Однако пространство обычно заполняется изолирующим материалом, известным как диэлектрик. (Вы узнаете больше о диэлектриках в разделах, посвященных диэлектрикам, далее в этой главе.) Объем накопителя в конденсаторе определяется свойством, называемым , емкостью , о котором вы узнаете больше чуть позже в этом разделе.

Конденсаторы

имеют различные применения: от фильтрации статического электричества, от радиоприема до накопления энергии в дефибрилляторах сердца. Обычно в промышленных конденсаторах две проводящие части расположены близко друг к другу, но не соприкасаются, как показано на (Рисунок). В большинстве случаев между двумя пластинами используется диэлектрик. Когда клеммы батареи подключены к первоначально незаряженному конденсатору, потенциал батареи перемещает небольшой заряд величиной Q с положительной пластины на отрицательную.Конденсатор в целом остается нейтральным, но заряжается и находится на противоположных пластинах.

Оба конденсатора, показанные здесь, были изначально разряжены перед подключением к батарее. Теперь у них есть заряды и (соответственно) на своих тарелках. (a) Конденсатор с параллельными пластинами состоит из двух пластин противоположного заряда с площадью A , разделенных расстоянием d . (b) Катаный конденсатор имеет диэлектрический материал между двумя проводящими листами (пластинами).

Система, состоящая из двух идентичных параллельно проводящих пластин, разделенных расстоянием, называется конденсатором с параллельными пластинами ((Рисунок)).Величина электрического поля в пространстве между параллельными пластинами составляет, где обозначает поверхностную плотность заряда на одной пластине (напомним, что это заряд Q на площадь поверхности A ). Таким образом, величина поля прямо пропорциональна Q .

Разделение зарядов в конденсаторе показывает, что заряды остаются на поверхности обкладок конденсатора. Линии электрического поля в конденсаторе с параллельными пластинами начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами.Величина электрического поля в пространстве между пластинами прямо пропорциональна количеству заряда на конденсаторе.

Конденсаторы с разными физическими характеристиками (такими как форма и размер пластин) накапливают разное количество заряда для одного и того же приложенного напряжения В на своих пластинах. Емкость C конденсатора определяется как отношение максимального заряда Q , который может храниться в конденсаторе, к приложенному напряжению В на его пластинах.Другими словами, емкость — это наибольшая величина заряда на вольт, которая может храниться на устройстве:

Единица измерения емкости в системе СИ — фарад (Ф), названная в честь Майкла Фарадея (1791–1867). Поскольку емкость — это заряд на единицу напряжения, один фарад равен одному кулону на один вольт, или

.

По определению, конденсатор емкостью 1,0 мкФ может сохранять заряд 1,0 К (очень большой заряд), когда разность потенциалов между его пластинами составляет всего 1,0 В. Следовательно, один фарад является очень большой емкостью.Типичные значения емкости варьируются от пикофарад до миллифарад, включая микрофарады (). Конденсаторы могут быть изготовлены различных форм и размеров ((рисунок)).

Это некоторые типичные конденсаторы, используемые в электронных устройствах. Размер конденсатора не обязательно зависит от его емкости. (Источник: Windell Oskay)

Расчет емкости

Мы можем рассчитать емкость пары проводов с помощью следующего стандартного подхода.

Стратегия решения проблем: расчет емкости

  1. Предположим, что конденсатор имеет заряд Q .
  2. Определите электрическое поле между проводниками. Если симметрия присутствует в расположении проводников, вы можете использовать закон Гаусса для этого расчета.
  3. Найдите разность потенциалов между проводниками из


    , где путь интеграции ведет от одного проводника к другому. Тогда величина разности потенциалов.

  4. При известном В емкость можно получить непосредственно из (Рисунок).

Чтобы показать, как работает эта процедура, мы теперь вычисляем емкости параллельных пластин, сферических и цилиндрических конденсаторов. Во всех случаях мы предполагаем вакуумные конденсаторы (пустые конденсаторы) без диэлектрического вещества в пространстве между проводниками.

Конденсатор с параллельными пластинами

Конденсатор с параллельными пластинами ((Рисунок)) имеет две идентичные проводящие пластины, каждая из которых имеет площадь поверхности A , разделенных расстоянием d .Когда на конденсатор подается напряжение В , он сохраняет заряд Q , как показано. Мы можем увидеть, как его емкость может зависеть от A и d , рассматривая характеристики кулоновской силы. Мы знаем, что сила между зарядами увеличивается с увеличением заряда и уменьшается с расстоянием между ними. Следует ожидать, что чем больше пластины, тем больше заряда они могут хранить. Таким образом, C должно быть больше для большего значения A .Точно так же, чем ближе пластины расположены друг к другу, тем сильнее на них притяжение противоположных зарядов. Следовательно, C должно быть больше для меньшего d .

В конденсаторе с параллельными пластинами с пластинами, разнесенными на расстояние d , каждая пластина имеет одинаковую площадь поверхности A .

Определим поверхностную плотность заряда на пластинах как

Из предыдущих глав мы знаем, что, когда d мало, электрическое поле между пластинами довольно однородно (без учета краевых эффектов) и что его величина равна

.

, где константа — это диэлектрическая проницаемость свободного пространства, единица измерения Ф / м в системе СИ эквивалентна так как электрическое поле между пластинами однородно, разность потенциалов между пластинами составляет

.

Следовательно (рисунок) дает емкость конденсатора с параллельными пластинами как

Обратите внимание на это уравнение, что емкость является функцией только геометрии и того, какой материал заполняет пространство между пластинами (в данном случае вакуум) этого конденсатора.Фактически, это верно не только для конденсатора с параллельными пластинами, но и для всех конденсаторов: емкость не зависит от Q или V . При изменении заряда соответственно изменяется и потенциал, так что Q / V остается постоянным.

Емкость и заряд, накопленный в конденсаторе с параллельными пластинами (a) Какова емкость пустого конденсатора с параллельными пластинами с металлическими пластинами, площадь каждой из которых составляет 1,00 мм? (б) Сколько заряда хранится в этом конденсаторе, если к нему приложено напряжение?

Стратегия Определение емкости C является простым приложением (Рисунок).Найдя C , мы сможем найти накопленный заряд, используя (Рисунок).

Решение

  1. Ввод данных значений в (рисунок) дает


    Это небольшое значение емкости указывает на то, насколько сложно изготовить устройство с большой емкостью.

  2. Инвертирование (рисунок) и ввод известных значений в это уравнение дает

Значение Этот заряд лишь немного больше, чем в типичных приложениях статического электричества.Поскольку воздух разрушается (становится проводящим) при напряженности электрического поля около 3,0 МВ / м, на этом конденсаторе больше не может храниться заряд при увеличении напряжения.

A 1-F конденсатор с параллельными пластинами. Предположим, вы хотите сконструировать конденсатор с параллельными пластинами емкостью 1,0 F. Какую площадь необходимо использовать для каждой пластины, если пластины разделены на 1,0 мм?

Переставляя решение (рисунок), получаем

Каждая квадратная пластина должна быть 10 км в поперечнике. Раньше было обычным розыгрышем — попросить студента пойти в склад лаборатории и попросить конденсатор с параллельными пластинами 1F, пока обслуживающий персонал не устанет от шуток.

Проверьте свое понимание Емкость конденсатора с параллельными пластинами составляет 2,0 пФ. Если площадь каждой пластины равна, каково расстояние между пластинами?

Проверьте свое понимание Убедитесь, что и у вас одинаковые физические единицы.

Цилиндрический конденсатор

Цилиндрический конденсатор состоит из двух концентрических проводящих цилиндров ((Рисунок)). Внутренний цилиндр радиуса может быть либо оболочкой, либо полностью твердым.Внешний цилиндр представляет собой оболочку внутреннего радиуса. Мы предполагаем, что длина каждого цилиндра составляет l и что избыточные заряды и находятся на внутреннем и внешнем цилиндрах, соответственно.

Цилиндрический конденсатор состоит из двух концентрических проводящих цилиндров. Здесь заряд на внешней поверхности внутреннего цилиндра положительный (обозначен), а заряд на внутренней поверхности внешнего цилиндра отрицательный (обозначен).

Если не учитывать краевые эффекты, электрическое поле между проводниками направлено радиально наружу от общей оси цилиндров.Используя гауссову поверхность, показанную на (Рисунок), мы имеем

Следовательно, электрическое поле между цилиндрами равно

Здесь — единичный радиальный вектор по радиусу цилиндра. Можно подставить в (рисунок) и найти разность потенциалов между цилиндрами:

Таким образом, емкость цилиндрического конденсатора составляет

Как и в других случаях, эта емкость зависит только от геометрии расположения проводников. Важным применением (рисунок) является определение емкости на единицу длины коаксиального кабеля , который обычно используется для передачи изменяющихся во времени электрических сигналов.Коаксиальный кабель состоит из двух концентрических цилиндрических проводников, разделенных изоляционным материалом. (Здесь мы предполагаем наличие вакуума между проводниками, но физика качественно почти такая же, когда пространство между проводниками заполнено диэлектриком.) Эта конфигурация защищает электрический сигнал, распространяющийся по внутреннему проводнику, от паразитных электрических полей, внешних по отношению к проводнику. кабель. Ток течет в противоположных направлениях во внутреннем и внешнем проводниках, при этом внешний проводник обычно заземлен.Теперь, как показано на рисунке, емкость коаксиального кабеля на единицу длины равна

.

В практических приложениях важно выбирать конкретные значения C / l . Это может быть достигнуто за счет соответствующего выбора радиусов проводников и изоляционного материала между ними.

Проверьте свое понимание Когда цилиндрический конденсатор получает заряд 0,500 нКл, между цилиндрами измеряется разность потенциалов 20,0 В.а) Какова емкость этой системы? (b) Если длина цилиндров составляет 1,0 м, каково соотношение их радиусов?

Несколько типов практических конденсаторов показаны на (Рисунок). Обычные конденсаторы часто состоят из двух небольших кусочков металлической фольги, разделенных двумя небольшими кусочками изоляции (см. (Рисунок) (b)). Металлическая фольга и изоляция покрыты защитным покрытием, а два металлических вывода используются для подключения фольги к внешней цепи. Некоторые распространенные изоляционные материалы — это слюда, керамика, бумага и антипригарное покрытие Teflon ™.

Другой популярный тип конденсатора — электролитический конденсатор. Он состоит из окисленного металла в проводящей пасте. Основным преимуществом электролитического конденсатора является его высокая емкость по сравнению с другими распространенными типами конденсаторов. Например, емкость одного типа алюминиевого электролитического конденсатора может достигать 1,0 F. Однако вы должны быть осторожны при использовании электролитического конденсатора в цепи, потому что он работает правильно только тогда, когда металлическая фольга находится под более высоким потенциалом, чем проводящая паста.Когда возникает обратная поляризация, электролитическое действие разрушает оксидную пленку. Этот тип конденсатора не может быть подключен к источнику переменного тока, потому что в половине случаев переменное напряжение будет иметь неправильную полярность, поскольку переменный ток меняет свою полярность (см. Схемы переменного тока в цепях переменного тока).

Воздушный конденсатор переменной емкости ((Рисунок)) имеет два набора параллельных пластин. Один набор пластин закреплен (обозначен как «статор»), а другой набор пластин прикреплен к валу, который может вращаться (обозначается как «ротор»).Поворачивая вал, можно изменять площадь поперечного сечения в перекрытии пластин; следовательно, емкость этой системы может быть настроена на желаемое значение. Настройка конденсатора может применяться в любом типе радиопередачи и при приеме радиосигналов от электронных устройств. Каждый раз, когда вы настраиваете автомобильное радио на любимую станцию, думайте о емкости.

В переменном воздушном конденсаторе емкость можно регулировать, изменяя эффективную площадь пластин. (кредит: модификация работы Робби Спроул)

Символы, показанные на (Рисунок), представляют собой схемные изображения различных типов конденсаторов.Обычно мы используем символ, показанный на (Рисунок) (а). Символ на (Рисунок) (c) представляет конденсатор переменной емкости. Обратите внимание на сходство этих символов с симметрией конденсатора с параллельными пластинами. Электролитический конденсатор частично представлен символом (Рисунок) (b), где изогнутая пластина обозначает отрицательный вывод.

Здесь показаны три различных схемных представления конденсаторов. Символ в (а) является наиболее часто используемым. Символ в (b) представляет собой электролитический конденсатор.Символ в (c) представляет конденсатор переменной емкости.

Интересный прикладной пример модели конденсатора взят из клеточной биологии и имеет дело с электрическим потенциалом в плазматической мембране живой клетки ((рисунок)). Клеточные мембраны отделяют клетки от их окружения, но позволяют некоторым отобранным ионам проходить внутрь или из клетки. Разность потенциалов на мембране составляет около 70 мВ. Клеточная мембрана может иметь толщину от 7 до 10 нм. Рассматривая клеточную мембрану как наноразмерный конденсатор, оценка наименьшей напряженности электрического поля на его «пластинах» дает значение.

Этой величины электрического поля достаточно, чтобы вызвать электрическую искру в воздухе.

Полупроницаемая мембрана биологической клетки имеет разные концентрации ионов на внутренней поверхности, чем на внешней. Диффузия перемещает ионы (калия) и (хлорида) в показанных направлениях, пока кулоновская сила не остановит дальнейший перенос. Таким образом, внешняя поверхность мембраны приобретает положительный заряд, а ее внутренняя поверхность приобретает отрицательный заряд, создавая разность потенциалов на мембране.Мембрана обычно непроницаема для Na + (ионов натрия).

Сводка

  • Конденсатор — это устройство, которое накапливает электрический заряд и электрическую энергию. Количество заряда, которое может хранить вакуумный конденсатор, зависит от двух основных факторов: приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер и геометрия.
  • Емкость конденсатора — это параметр, который говорит нам, сколько заряда может храниться в конденсаторе на единицу разности потенциалов между его пластинами.Емкость системы проводников зависит только от геометрии их расположения и физических свойств изоляционного материала, заполняющего пространство между проводниками. Единицей измерения емкости является фарад, где

Концептуальные вопросы

Зависит ли емкость устройства от приложенного напряжения? Зависит ли емкость устройства от заряда, находящегося на нем?

Не могли бы вы разместить пластины конденсатора с параллельными пластинами ближе друг к другу или дальше друг от друга, чтобы увеличить их емкость?

Значение емкости равно нулю, если пластины не заряжены.Правда или ложь?

Если пластины конденсатора имеют разные площади, будут ли они заряжаться одинаково, когда конденсатор подключен к батарее?

Зависит ли емкость сферического конденсатора от того, какая сфера заряжена положительно или отрицательно?

Проблемы

Какой заряд накапливается в конденсаторе при подаче на него 120,0 В?

Найдите заряд, накопленный при подаче 5,50 В на конденсатор емкостью 8,00 пФ.

Рассчитайте напряжение, приложенное к конденсатору, когда он сохраняет заряд.

Какое напряжение необходимо подать на конденсатор емкостью 8,00 нФ для накопления заряда 0,160 мкКл?

Какая емкость необходима для хранения заряда при напряжении 120 В?

Какова емкость вывода большого генератора Ван-де-Граафа, учитывая, что он хранит 8,00 мКл заряда при напряжении 12,0 МВ?

Пластины пустого плоского конденсатора емкостью 5,0 пФ находятся на расстоянии 2,0 мм друг от друга. Какова площадь каждой пластины?

А 60.Вакуумный конденсатор емкостью 0 пФ имеет площадь обкладки. Какое расстояние между его пластинами?

Набор параллельных пластин имеет емкость. Какой заряд нужно добавить к пластинам, чтобы разность потенциалов между ними увеличилась на 100 В?

Считайте Землю сферическим проводником радиусом 6400 км и рассчитайте ее емкость.

Если емкость на единицу длины цилиндрического конденсатора составляет 20 пФ / м, каково отношение радиусов двух цилиндров?

Пустой конденсатор с параллельными пластинами имеет емкость.Сколько заряда должно стечь с пластин, прежде чем напряжение на них снизится на 100 В?

Глоссарий

емкость
количество хранимого заряда на единицу вольт
конденсатор
Устройство, накапливающее электрический заряд и электрическую энергию
диэлектрик
изоляционный материал, используемый для заполнения пространства между двумя пластинами
конденсатор с параллельными пластинами
Система двух идентичных параллельных проводящих пластин, разделенных расстоянием

% PDF-1.5 % 1 0 объект > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 41 0 объект > эндобдж 42 0 объект > эндобдж 43 0 объект > эндобдж 44 0 объект > эндобдж 45 0 объект > эндобдж 46 0 объект > эндобдж 47 0 объект > эндобдж 48 0 объект > эндобдж 49 0 объект > эндобдж 50 0 объект > эндобдж 51 0 объект > эндобдж 52 0 объект > эндобдж 53 0 объект > эндобдж 54 0 объект > эндобдж 55 0 объект > эндобдж 56 0 объект > эндобдж 57 0 объект > эндобдж 58 0 объект > эндобдж 59 0 объект > эндобдж 60 0 объект > эндобдж 61 0 объект > эндобдж 62 0 объект > эндобдж 63 0 объект > эндобдж 64 0 объект > эндобдж 65 0 объект > эндобдж 66 0 объект > эндобдж 67 0 объект > эндобдж 68 0 объект > эндобдж 69 0 объект > эндобдж 70 0 объект > эндобдж 71 0 объект > эндобдж 72 0 объект > эндобдж 73 0 объект > эндобдж 74 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 76 0 объект > эндобдж 77 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 80 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 83 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 86 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект > эндобдж 90 0 объект > эндобдж 91 0 объект > эндобдж 92 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 94 0 объект > эндобдж 95 0 объект > эндобдж 96 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 98 0 объект > эндобдж 99 0 объект > эндобдж 100 0 объект > эндобдж 101 0 объект > эндобдж 102 0 объект > эндобдж 103 0 объект > эндобдж 104 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 106 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 108 0 объект > эндобдж 109 0 объект > эндобдж 110 0 объект > эндобдж 111 0 объект > эндобдж 112 0 объект > эндобдж 113 0 объект > эндобдж 114 0 объект > эндобдж 115 0 объект > эндобдж 116 0 объект > эндобдж 117 0 объект > эндобдж 118 0 объект > эндобдж 119 0 объект > эндобдж 120 0 объект > эндобдж 121 0 объект > эндобдж 122 0 объект > эндобдж 123 0 объект > эндобдж 124 0 объект > эндобдж 125 0 объект > эндобдж 126 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 128 0 объект > эндобдж 129 0 объект > эндобдж 130 0 объект > эндобдж 131 0 объект > эндобдж 132 0 объект > эндобдж 133 0 объект > эндобдж 134 0 объект > эндобдж 135 0 объект > эндобдж 136 0 объект > эндобдж 137 0 объект > эндобдж 138 0 объект > эндобдж 139 0 объект > эндобдж 140 0 объект > эндобдж 141 0 объект > эндобдж 142 0 объект > эндобдж 143 0 объект > эндобдж 144 0 объект > эндобдж 145 0 объект > эндобдж 146 0 объект > эндобдж 147 0 объект > эндобдж 148 0 объект > эндобдж 149 0 объект > эндобдж 150 0 объект > эндобдж 151 0 объект > эндобдж 152 0 объект > эндобдж 153 0 объект > эндобдж 154 0 объект > эндобдж 155 0 объект > эндобдж 156 0 объект > эндобдж 157 0 объект > эндобдж 158 0 объект > эндобдж 159 0 объект > эндобдж 160 0 объект > эндобдж 161 0 объект > эндобдж 162 0 объект > эндобдж 163 0 объект > эндобдж 164 0 объект > эндобдж 165 0 объект > эндобдж 166 0 объект > эндобдж 167 0 объект > эндобдж 168 0 объект > эндобдж 169 0 объект > эндобдж 170 0 объект > эндобдж 171 0 объект > эндобдж 172 0 объект > эндобдж 173 0 объект > эндобдж 174 0 объект > эндобдж 175 0 объект > эндобдж 176 0 объект > эндобдж 177 0 объект > эндобдж 178 0 объект > эндобдж 179 0 объект > эндобдж 180 0 объект > эндобдж 181 0 объект > эндобдж 182 0 объект > эндобдж 183 0 объект > эндобдж 184 0 объект > эндобдж 185 0 объект > эндобдж 186 0 объект > эндобдж 187 0 объект > эндобдж 188 0 объект > эндобдж 189 0 объект > эндобдж 190 0 объект > эндобдж 191 0 объект > эндобдж 192 0 объект > эндобдж 193 0 объект > эндобдж 194 0 объект > транслировать x} n0rKZLs: MfT Tiqw (: 1p? / B0:> 1 $ K SM>! ޒ ׄ 32 H6 $ DqD! Dn $ 敱 6VJ0 \ 3 $ _- qnjI6h [* ZbyFUSehj ՘ VLtQȴZ; K66ArWJb; + U &; ހ b / Reu ܫ eGvkaT V8-E] 5kmvY & W C \ FC SpjJ> Zd Uk] Us˭ ݏ |? / MҫF [{ш.wB_ конечный поток эндобдж 195 0 объект > / Шрифт 575 0 R >> эндобдж 196 0 объект > транслировать х + г 2P01TIr * 2V) 234403T0

Расчет конденсатора фильтра для сглаживания пульсаций

В предыдущей статье мы узнали о коэффициенте пульсаций в цепях питания, здесь мы продолжаем и оцениваем формулу для расчета тока пульсаций и, следовательно, значение конденсатора фильтра для устранения пульсаций содержимое на выходе постоянного тока.

В предыдущем посте объяснялось, как содержимое постоянного тока после выпрямления может нести максимально возможное количество пульсаций напряжения и как оно может быть значительно уменьшено с помощью сглаживающего конденсатора.

Хотя окончательное содержание пульсаций, которое представляет собой разницу между пиковым значением и минимальным значением сглаженного постоянного тока, никогда не устраняется полностью и напрямую зависит от тока нагрузки.

Другими словами, если нагрузка относительно выше, конденсатор начинает терять способность компенсировать или корректировать коэффициент пульсаций.

Стандартная формула для расчета конденсатора фильтра

В следующем разделе мы попытаемся оценить формулу для расчета конденсатора фильтра в цепях питания для обеспечения минимальной пульсации на выходе (в зависимости от спецификации тока подключенной нагрузки).

C = I / (2 xfx Vpp)

где I = ток нагрузки

f = входная частота переменного тока

Vpp = минимальная пульсация (от пика до пика напряжения после сглаживания), которая может быть допустимой или допустимой для пользователя, потому что практически невозможно сделать этот ноль, так как это потребует неработоспособного, нежизнеспособного конденсатора чудовищного значения, которое, вероятно, невозможно для кого-либо реализовать.

Давайте попробуем понять связь между током нагрузки, пульсациями и оптимальным значением конденсатора на основе следующей оценки.

Связь между током нагрузки, пульсациями и емкостью конденсатора

В упомянутой формуле мы видим, что пульсации и емкость обратно пропорциональны, что означает, что если пульсации должны быть минимальными, емкость конденсатора должна увеличиваться, и наоборот.

Предположим, мы согласны с тем, что значение Vpp, которое, скажем, 1 В, должно присутствовать в конечном содержании постоянного тока после сглаживания, тогда значение конденсатора может быть рассчитано, как показано ниже:

Пример:

C = I / 2 xfx Vpp (при условии f = 100 Гц и требования к току нагрузки 2 ампера))

Vpp в идеале всегда должно быть равным единице, потому что ожидание более низких значений может потребовать огромных непрактичных значений конденсаторов, поэтому «1» Vpp можно принять как разумное значение.

Решая приведенную выше формулу, мы получаем:

C = I / (2 xfx Vpp)

= 2 / (2 x 100 x 1) = 2/200

= 0,01 Фарад или 10 000 мкФ (1 Фарад = 1000000 мкФ)

Таким образом, приведенная выше формула ясно показывает, как можно рассчитать требуемый конденсатор фильтра с учетом тока нагрузки и минимально допустимого тока пульсаций в компоненте постоянного тока.

Ссылаясь на приведенный выше решенный пример, можно попробовать изменить ток нагрузки и / или допустимый пульсирующий ток и легко оценить соответственно значение конденсатора фильтра для обеспечения оптимального или предполагаемого сглаживания выпрямленного постоянного тока в данном источнике питания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.