Výpočet kondenzátoru pro elektromotor. Metody výpočtu.

Výpočet kondenzátoru pro elektromotor: teorie a praxe

Kondenzátory jsou široce používány v elektrotechnice, včetně provozu asynchronních elektromotorů s jednofázovým napájením. Vytvářejí fázový posun proudu nezbytný k vytvoření rotujícího magnetického pole ve statoru motoru. Správný výběr kondenzátoru je rozhodující pro zajištění efektivního provozu motoru. V tomto článku se podíváme na základní principy výpočtu kondenzátoru pro jednofázový asynchronní elektromotor.

1. Princip činnosti kondenzátorového motoru

Jednofázový asynchronní motor bez kondenzátoru není schopen samočinného rozběhu, protože jednofázové napětí vytváří pouze pulzující, nerotující magnetické pole. Kondenzátor obsažený v obvodu spouštěcího vinutí vytváří fázový posun mezi proudy ve spouštěcím a pracovním vinutí, což vede k vytvoření rotujícího magnetického pole a spuštění motoru. Po nastartování motoru může být kondenzátor odpojen (u kondenzátorových startovacích motorů) nebo zůstat připojen (u kondenzátorových motorů).

2. Výpočet kapacity kondenzátoru

Přesný výpočet kapacity kondenzátoru závisí na několika faktorech a vyžaduje zohlednění specifik konstrukce motoru. Existuje však několik přibližných metod:

Metoda výkonu motoru

Tato metoda je nejjednodušší, ale nejméně přesná. Je založen na empirickém vztahu mezi výkonem motoru a požadovanou kapacitou kondenzátoru. Kapacita se obvykle vybírá z rozsahu:

• Pro startovací kondenzátor: 2-5 μF na 100 W výkonu motoru.
• Pro pracovní kondenzátor: 1-3 μF na 100 W výkonu motoru.

Metoda startovacího vinutí proudu

Přesnější metoda, která bere v úvahu startovací proud vinutí (I_start-up). Kapacita kondenzátoru (C) se vypočítá podle vzorce:

C = I_start-up / (2πfU_start-up)

• C – kapacita kondenzátoru (F)
• I_start-up — startovací proud vinutí (A)
• f — frekvence sítě (Hz) (obvykle 50 Hz)
• U_start-up — napětí na startovacím vinutí (V) (obvykle se rovná napětí sítě)

Metoda úhlu fázového posunu

Nejpřesnější metoda založená na požadovaném úhlu fázového posunu (φ) mezi proudy ve vinutích. Pro optimální výkon motoru je úhel fázového posunu obvykle v rozmezí 80-90 stupňů. Výpočet je složitější a vyžaduje použití vektorových diagramů.

3. Výběr typu kondenzátoru

Pro kondenzátorové motory se běžně používají následující typy kondenzátorů:

• Elektrolytické kondenzátory: Levnější, ale mají omezenou životnost a jsou citlivé na polaritu. Vhodné pro rozběhové kondenzátory, které se odpojí po nastartování motoru.
• Filmové kondenzátory: Dražší, ale odolnější a mají vyšší stabilitu parametrů. Vhodné pro pracovní kondenzátory, které zůstávají trvale zapnuté.
• Motorové kondenzátory: Speciálně navrženo pro použití v motorech a má zvýšenou spolehlivost a odolnost proti vibracím.

4. Příklady výpočtů

Příklad 1 (Metoda napájení)

200W jednofázový motor vyžaduje startovací kondenzátor. Přibližnou metodou volíme kapacitu v rozmezí 4-10 μF (2-5 μF/100W * 200W).

Příklad 2 (aktuální metoda)

Řekněme, že počáteční proud vinutí je I_start-up = 2 A, síťové napětí U_start-up = 220 V, frekvence f = 50 Hz. Pak kapacita kondenzátoru:

C = I_start-up / (2πfU_start-up)

C = 2 A / (2π * 50 Hz * 220 V) ≈ 30 μF.

Je důležité, aby se: Tyto výpočty poskytují pouze přibližnou hodnotu kapacity. Pro přesný výběr kondenzátoru je nutné vzít v úvahu pasová data elektromotoru a použít přesnější metody výpočtu. V případě pochybností je nejlepší poradit se s odborníkem nebo použít údaje výrobce motoru.

5. Závěr

Správný výběr kondenzátoru je rozhodující pro efektivní a bezpečný provoz jednofázového indukčního motoru. Je nutné vzít v úvahu výkon motoru, startovací proud vinutí, typ kondenzátoru a jeho přípustné parametry. Vždy dodržujte doporučení výrobce motoru a používejte kondenzátory, které splňují jeho specifikace. Nesprávný výběr kondenzátoru může způsobit přehřátí motoru, snížení jeho životnosti nebo dokonce jeho selhání.

© 2015 — 2025 „INNER“: Výroba a dodávka průmyslových komponentů

• Ložiska
• Ložiskové jednotky
• Ložisková pouzdra
• Rozbočovače
• OPU
• SHVP
• Kolejnice a vagóny
• Hřídele
• Přenosové prvky
• Trapézové matice a šrouby
• Kulové klouby
• Technologie pohonu
• Elektrické nářadí
• Regály
• Mazivo

• O nás
• Kontakty
• Často kladené dotazy
• Individuální kalkulace velkoobchodních cen
• Zvláštní podmínky pro distributory
• Záruka na produkt
• Doručení kamkoli v Ruské federaci
• Vyrobeno na zakázku z Číny
• Výroba dle výkresů
• Platba faktury do Číny
• Expresní doručení z Číny
• Smlouva o místě
• Souhlas se zpracováním osobních údajů
• Zásady zpracování osobních údajů

Nejpoužívanějším obvodem frekvenčního měniče je dvoučlánkový napěťový střídač. Zařízení se skládá z usměrňovače, kapacitního stejnosměrného meziobvodu a invertoru s tranzistorovými spínači.

Účel kondenzátoru v obvodu:

• Vyhlazení vlnění způsobeného provozem usměrňovače.
• Eliminace přepětí způsobených přepínáním výkonových spínačů měniče a provozem na proměnnou zátěž.

Uvažujme metodiku výběru kapacity kondenzátoru pro stejnosměrný meziobvod frekvenčních měničů.

Napětí ve stejnosměrném meziobvodu se skládá z nízkofrekvenční a vysokofrekvenční složky. Počet nízkofrekvenčních vlnění v jedné periodě síťového napětí je určen výrazem:

Kde jsou proměnné definovány níže uvedeným grafem:

V době, kdy jsou hodnoty napětí na kondenzátoru a za usměrňovačem stejné, je kondenzátor nabitý. Úhel náboje kapacitního prvku je definován jako:

Kde

V tomto případě se pulzace vypočítají pomocí vzorce

Hodnota kapacity kondenzátoru pro snížení nízkofrekvenčního zvlnění se vypočítá na základě výrazu:

Tímto způsobem je určena kapacita pro snížení nízkofrekvenčního zvlnění ve stejnosměrném meziobvodu. Jeho hodnota se ukazuje jako poměrně významná, což zvyšuje velikost a hmotnost frekvenčního měniče. V praxi se ke snížení zvlnění často používají obvody vícepulzního usměrňovače.

Výpočet kondenzátoru pro snížení vysokofrekvenční složky

Elektromotory mají značnou indukčnost a jsou klasifikovány jako reaktivní zátěže. Při připojení frekvenčního měniče dochází ve stejnosměrném meziobvodu k pulzním vysokofrekvenčním přepětím, jejichž hodnota dosahuje značných hodnot, zejména při častém brzdění a reverzaci motorů. Aby se předešlo zhroucení výkonových tranzistorů, vypočítá se kapacita kondenzátoru pomocí následující metody.

K vysokofrekvenčnímu přepětí dochází, když je kapacitní prvek nabíjen na straně zátěže, zatímco proud protéká obráceně zapojenými diodami. Hodnota kapacity se vypočítá na základě hodnoty výstupního proudu, typu zátěže a řídicího algoritmu pro otevírání a zavírání tlačítek:

, kde In je proud výstupního obvodu převodníku a je velikost zvlnění na kondenzátoru.

Metodika výběru kondenzátoru frekvenčního měniče podle ekvivalentního obvodu elektromotoru ve tvaru „L“.

Pro stanovení kapacity měniče s funkcemi dynamického brzdění byla navržena metoda stanovení kapacity stejnosměrného meziobvodu na základě energie magnetického toku.

K tomuto účelu se používá ekvivalentní obvod motoru ve tvaru „L“.

r 1 a r 2 jsou odporové odpory rotoru a statoru, rm, xm jsou aktivní a indukční odpory magnetizačního obvodu, x 1 a x2 jsou komplexní odpory stacionárních a rotujících částí elektrického stroje. S – prokluz motoru.

Energie k vytvoření magnetického toku se vypočítá podle vzorce: ; kde I je proud naprázdno, m je počet fází, Lm je indukčnost.

Proud naprázdno je určen hodnotami napětí a odporu podle ekvivalentního obvodu podle výrazu:

Když jsou horní diody zavřené, kapacitní prvek se nabíjí přes obvod invertoru a spodní elektronické ventily. K vybití dochází v okamžiku, kdy se tranzistor rozepne, když proud protéká přímo připojenými diodami. Množství energie při vybíjení kondenzátoru se určí na základě vztahu: a určí se kapacita kondenzátoru.

Závěr

Způsob výpočtu kapacitního prvku ve stejnosměrném meziobvodu se volí podle provozního režimu elektromotoru.

U frekvenčních měničů pro měnič pracující v normálním režimu se používá metoda ke snížení zvlnění nízké frekvence. U frekvenčních měničů motorů s brzdnými režimy se používá metoda snížení vysokofrekvenční složky pro rozptýlení nadměrného proudu. Pro invertorové elektrické pohony s výrazně omezenou dobou brzdění, zpomalením v režimu generátoru, se používá technika s ekvivalentním obvodem ve tvaru „L“.