Расчет конденсатора для трехфазного электродвигателя: Расчет емкости конденсатора — Кабель.РФ

Содержание

Как подобрать конденсатор для подключения двигателя: расчет ёмкости в мкФ | Строительный журнал САМаСТРОЙКА

При подключении электродвигателя к сети 220 Вольт не обойтись без конденсатора. Этот маленький элемент электрической цепи служит для уменьшения времени входа мотора в рабочий режим (пусковой конденсатор).

Кроме пусковых, существуют и так называемые рабочие конденсаторы, которые постоянно задействованы во время работы двигателя. Основной задачей рабочих конденсаторов является обеспечение оптимальной нагрузочной способности двигателя.

Состоит конденсатор из нескольких пластин, которые защищены диэлектриком. Основная функция конденсаторов — это накопление и отдача электрической энергии. Как подобрать конденсатор для запуска электродвигателя? Что при этом нужно учитывать? Именно об этом вы и сможете узнать в данной статье строительного журнала samastroyka.ru.

Виды конденсаторов

Итак, конденсатор служит для накопления электрического заряда с последующей его отдачей в цепь. Конденсаторы бывают полярные, неполярные и электролитические, другое название «оксидные».

Для подключения электродвигателей в сеть переменного тока, полярные конденсаторы использовать нельзя. Из-за быстрого разрушения диэлектрика внутри, произойдёт замыкание, и такие конденсаторы очень быстро выйдут из строя.

Этого не произойдёт, если подключить к двигателю неполярный конденсатор. Обкладки неполярных конденсаторов одинаково взаимодействуют, как с источником, так и с диэлектриком.

Электролитические конденсаторы имеют внутри вместо пластин тонкую оксидную плёнку. Зачастую именно их и используют для подключения электродвигателей низкой частоты, поскольку максимально возможная ёмкость электролитических конденсаторов составляет 100000 мкФ.

Подбор конденсатора для трехфазного двигателя

Подбор емкости рабочего конденсатора для трехфазного двигателя осуществляется по следующей формуле: Сраб.=k*Iф / U сети.

  • k — это коэффициент, значение которого зависит от схемы подключения трехфазного электродвигателя. 4800 по схеме «треугольник» и 2800 по схеме «звезда»;
  • — обозначает номинальный ток статора. Узнать номинальный ток статора можно на корпусе электродвигателя или посредством специальных клещей;
  • U сети — сетевое напряжение 220 вольт.

Зная все вышеперечисленные параметры можно точно рассчитать емкость рабочего конденсатора в мкФ для электродвигателя. Есть и более простой способ расчёта емкости конденсаторов. Здесь действует правило: на 100 Вт мощности двигателя, берётся примерно 7 мкФ конденсаторной емкости.

Совсем по-другому обстоят дела с подбором пускового конденсатора в электродвигатель. Пусковой конденсатор работает очень непродолжительное время, всего лишь около 3 сек. в момент пуска двигателя. Основной задачей пускового конденсатора, является вывести ротор на номинальный уровень частоты вращения.

Подбирается пусковой конденсатор исходя из следующих параметров:

  • Емкость пускового конденсатора должна быть в 2,5-3 раза больше, чем емкость рабочего конденсатора;
  • Рабочее напряжение пускового конденсатора должно превышать сетевое, не менее чем в 1,5 раз.

Таким образом, зная все вышеперечисленные параметры, не составит особого труда подобрать рабочий и пусковой конденсатор для электродвигателя.

Как рассчитать емкость конденсатора для однофазного двигателя

При выборе и подключении конденсатора к однофазному двигателю, многое зависит от того, в каком именно режиме будет работать двигатель:

  • При подключении пускового конденсатора и дополнительной обмотки электродвигателя, емкость конденсатора рассчитывается по следующему принципу: 70 мкФ на 1000 Вт мощности двигателя;
  • Общая ёмкость рабочего и пускового конденсаторов должна рассчитываться так: 1 мкФ на 100 Вт мощности. В этом случае рабочий конденсатор остаётся включённым во время работы электродвигателя.

Теперь что касается рабочего напряжения конденсаторов для подключения однофазного электродвигателя. В большинстве случае вполне хватит конденсатора с напряжением от 450 Вольт. Тем не менее, если было замечено, что электродвигатель сильно греется в процессе работы, то следует уменьшить ёмкость рабочего конденсатора.

Читайте также:

Как подобрать емкость конденсатора для подключения двигателя

Как подобрать емкость конденсатора для двигателя

Содержание статьи:

При подключении электродвигателя к сети 220 Вольт не обойтись без конденсатора. Этот маленький элемент электрической цепи служит для уменьшения времени входа мотора в рабочий режим (пусковой конденсатор).

Кроме пусковых, существуют и так называемые рабочие конденсаторы, которые постоянно задействованы во время работы двигателя. Основной задачей рабочих конденсаторов является обеспечение оптимальной нагрузочной способности двигателя.

Состоит конденсатор из нескольких пластин, которые защищены диэлектриком. Основная функция конденсаторов — это накопление и отдача электрической энергии. Как подобрать конденсатор для запуска электродвигателя? Что при этом нужно учитывать? Именно об этом вы и сможете узнать в данной статье строительного журнала samastroyka.ru.

Виды конденсаторов

Итак, конденсатор служит для накопления электрического заряда с последующей его отдачей в цепь. Конденсаторы бывают полярные, неполярные и электролитические, другое название «оксидные».

Для подключения электродвигателей в сеть переменного тока, полярные конденсаторы использовать нельзя. Из-за быстрого разрушения диэлектрика внутри, произойдёт замыкание, и такие конденсаторы очень быстро выйдут из строя.

Этого не произойдёт, если подключить к двигателю неполярный конденсатор. Обкладки неполярных конденсаторов одинаково взаимодействуют, как с источником, так и с диэлектриком.

Электролитические конденсаторы имеют внутри вместо пластин тонкую оксидную плёнку. Зачастую именно их и используют для подключения электродвигателей низкой частоты, поскольку максимально возможная ёмкость электролитических конденсаторов составляет 100000 мкФ.

Подбор конденсатора для трехфазного двигателя

Подбор емкости рабочего конденсатора для трехфазного двигателя осуществляется по следующей формуле: Сраб.=k*Iф / U сети.

  • k — это коэффициент, значение которого зависит от схемы подключения трехфазного электродвигателя. 4800 по схеме «треугольник» и 2800 по схеме «звезда»;
  • — обозначает номинальный ток статора. Узнать номинальный ток статора можно на корпусе электродвигателя или посредством специальных клещей;
  • U сети — сетевое напряжение 220 вольт.

Зная все вышеперечисленные параметры можно точно рассчитать емкость рабочего конденсатора в мкФ для электродвигателя. Есть и более простой способ расчёта емкости конденсаторов. Здесь действует правило: на 100 Вт мощности двигателя, берётся примерно 7 мкФ конденсаторной емкости.

Совсем по-другому обстоят дела с подбором пускового конденсатора в электродвигатель. Пусковой конденсатор работает очень непродолжительное время, всего лишь около 3 сек. в момент пуска двигателя. Основной задачей пускового конденсатора, является вывести ротор на номинальный уровень частоты вращения.

Подбирается пусковой конденсатор исходя из следующих параметров:

  • Емкость пускового конденсатора должна быть в 2,5-3 раза больше, чем емкость рабочего конденсатора;
  • Рабочее напряжение пускового конденсатора должно превышать сетевое, не менее чем в 1,5 раз.

Таким образом, зная все вышеперечисленные параметры, не составит особого труда подобрать рабочий и пусковой конденсатор для электродвигателя.

Как рассчитать емкость конденсатора для однофазного двигателя

При выборе и подключении конденсатора к однофазному двигателю, многое зависит от того, в каком именно режиме будет работать двигатель:

  • При подключении пускового конденсатора и дополнительной обмотки электродвигателя, емкость конденсатора рассчитывается по следующему принципу: 70 мкФ на 1000 Вт мощности двигателя;
  • Общая ёмкость рабочего и пускового конденсаторов должна рассчитываться так:
    1 мкФ на 100 Вт
    мощности. В этом случае рабочий конденсатор остаётся включённым во время работы электродвигателя.

Теперь что касается рабочего напряжения конденсаторов для подключения однофазного электродвигателя. В большинстве случае вполне хватит конденсатора с напряжением от 450 Вольт. Тем не менее, если было замечено, что электродвигатель сильно греется в процессе работы, то следует уменьшить ёмкость рабочего конденсатора.

Оценить статью и поделиться ссылкой:

Схема подключения, подбор и расчёт пускового конденсатора

Выход из строя конденсаторов в цепи компрессора кондиционеров случается не так уж и редко. А зачем вообще нужен конденсатор и для чего он там стоит?

Бытовые кондиционеры небольшой мощности в основном питаются от однофазной сети 220 В. Самые распространённые двигатели которые применяют в кондиционерах такой мощности- асинхронные со вспомогательной обмоткой, их называют

двухфазные электродвигатели или конденсаторные.

В таких двигателях две обмотки намотаны так, что их магнитные полюсы расположены под углом 90 град. Эти обмотки отличаются друг от друга количеством витков и номинальными токами, ну соответственно и внутренним сопротивлением. Но при этом они рассчитаны так что при работе они имеют одинаковую мощность.

В цепь одной из этих обмоток, её производители обозначают как стартовую(пусковую), включают рабочий конденсатор, который постоянно находится в цепи. Этот конденсатор ещё называют фазосдвигающим, так как он сдвигает фазу и создаёт круговое вращающееся магнитное поле. Рабочая или основная обмотка подключена напрямую к сети.

Схема подключения пускового и рабочего конденсатора

Рабочий конденсатор постоянно включён в цепь обмотки через него протекает ток равный току в рабочей обмотке. Пусковой конденсатор подключается на время запуска компрессора — не более 3 секунд (в современных кондиционерах используется только рабочий конденсатор, пусковой не используется)

Расчёт ёмкости и напряжения рабочего конденсатора

Расчёт сводится к подбору такой емкости, чтобы при номинальной нагрузке было обеспечено круговое магнитное поле, так как при значении ниже или выше номинального магнитное поле изменяет форму на эллиптическое, а это ухудшает рабочие характеристки двигателя и снижает пусковой момент. В инженерных справочниках приведена формула для расчёта ёмкости конденсатора:

Ср= Isinφ/2πf U n2

I и sinφ –ток и сдвиг фаз между напряжением и током в цепи при вращающемся магнтном поле без конденсатора

f- частота переменного тока

U – напряжение питания

n- коэффициент трансформации обмоток , определяется как соотношение витков обмоток с конденсатором и без него.

Напряжение на конденсаторе рассчитывается по формуле

Uc= U√(1+n2)

Uc -рабочее напряжение конденсатора

U — напряжение питания двигателя

n — коэффициент трансформации обмоток

Из формулы видно, что рабочее напряжение фазосдвигающего конденсатора выше напряжения питания двигателя.

В пособиях по расчёту приводят приближённое вычисление – 70-80 мкФ ёмкости конденсатора на 1 кВт мощности электродвигателя, а номинал напряжения конденсатора для сети 220 В обычно ставят — 450 В.

Также параллельно к рабочему конденсатору подключают пусковой конденсатор на время пуска, примерно на три секунды, после чего срабатывает реле и отключает пусковой конденсатор. В настоящее время в кондиционерах схемы с дополнительным пусковым конденсатором не применяют.

В более мощных кондиционерах используют компрессоры с трёхфазными асинхронными двигателями, пусковые и рабочие конденсаторы для таких двигателей не требуются.

Проверка и замена пускового/рабочего конденсатора

Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю


Для ответа на вопрос, как подобрать конденсатор для асинхронных двигателей и чем конденсаторы отличаются друг от друга, соберем стенд из обычного трехфазного двигателя мощностью 250 Вт. В качестве нагрузки используем стандартный генератор от автомобиля ВАЗ.

Подключим через автоматы три разных конденсатора. Включение/отключение автоматов даст возможность проверить возможности конденсаторов.

Подбираем конденсатор


Для эксперимента выберем три конденсатора емкостью 10, 20 и 50 микрофарад. Наша задача заключается в попытке запуска электродвигателя с каждого конденсатора по очереди.

Конденсатор на 10 мкФ


При подключении к сети 220 В и включения первого конденсатора емкостью 10 микрофарад электродвигатель включается только после толчка рукой. Автоматического запуска не происходит.

Вывод: для электродвигателя мощностью 250 Вт емкости конденсатора в 10 микрофарад недостаточно.

Конденсатор на 20 мкФ


При попытке запустить электродвигатель от конденсатора емкостью 20 МкФ включение двигателя в работу происходит автоматически.

Вывод: при емкости конденсатора 20 микрофарад электродвигатель запустился без проблем.

Конденсатор на 50 мкФ



При продолжении эксперимента с конденсатором емкостью 50 микрофарад электродвигатель запускается автоматически, однако работает с высоким уровнем шума и просто трясется.
Вывод: емкость последнего испытанного конденсатора велика для установленного электродвигателя.
Подбирая конденсатор для маломощного трехфазного электродвигателя, отдавайте предпочтение устройству с номинальной емкостью (как в нашем эксперименте), соответствующей мощности двигателя. Конденсатор малой емкости электродвигатель не запускает, слишком большой емкости – вызывает нагрев двигателя и большой шум в работе. Оптимально себя в эксперименте зарекомендовал конденсатор емкостью 20 МкФ, который сразу запустил двигатель и не вызвал его перегрева.

Заключение


Для запуска трехфазного электродвигателя в сети 220 В рабочий конденсатор подбирается исходя из мощности двигателя. При возрастании мощности на каждые 100 Вт емкость должна возрастать на 7-10 микрофарад. Например, для двигателя мощностью 0,5 КВт можно подобрать конденсатор емкостью в пределах 35-50 МкФ.
Также нужно учитывать такой параметр, как номинальное напряжение устройства (то есть то напряжение, которое способен выдержать конденсатор). В работе рекомендуется применять конденсаторы с параметрами, на 100% превышающими реальное напряжение, прилагаемое к устройству. Для данного примера это 450 В.

Смотрите подробное видео


(PDF) Расчет конденсаторов для пуска трехфазного асинхронного двигателя с однофазным питанием

Расчет конденсаторов для пуска трехфазного

асинхронного двигателя с однофазным питанием

питание

Василий Маляр, Орест Хамола, Владимир Мадай

Институт энергетики и систем управления

Львовский политехнический национальный университет

Львов, Украина

[email protected], орест[email protected]

В статье представлена ​​методика определения емкости

, необходимой для пуска трехфазного асинхронного двигателя

, питаемого от однофазной сети. Метод

и алгоритм расчета основаны на высоко

адекватной математической модели

асинхронного двигателя, которая учитывает

насыщение магнитного сердечника и текущее

смещение в стержнях ротора.Задача решается как краевая

задача для системы дифференциальных уравнений, описывающих

процессы в двигателе в фазовых осях координат.

Ключевые слова – математическая модель; трехфазный асинхронный двигатель

; однофазное питание; пусковой конденсатор; краевая задача;

статическая характеристика.

I. ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрим трехфазный асинхронный двигатель (АД),

питаемый от однофазной сети, когда обмотки статора соединены звездой-

и одна из фаз содержит подключенный конденсатор

последовательно (рис.1). Исследование трехфазного

асинхронного двигателя с питанием одной фазы от последовательно

коммутируемых конденсаторов, в основном проводится на основе приближенных эмпирических зависимостей, которые не всегда подтверждаются на практике. Очевидно, что емкость конденсатора

можно рассчитать только на основе высокоразвитой

математической модели, адекватно учитывающей все основные факторы, влияющие на процессы в двигателе.

Известно [2], что насыщение магнитной системы и (что особенно важно для

пусковых режимов) явление скин-эффекта

в стержнях короткозамкнутого ротора, возникающее при

пусковом режиме, являются такими факторы.

Рис. 1. Электрическая схема АД с конденсатором, включенным в одну фазу

II. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

На практике важно исследовать влияние емкости С

на поведение двигателя при пуске в режиме

[3].В частности, важным вопросом является выбор номиналов

емкостей конденсаторов, обеспечивающих

электромагнитный момент, необходимый для успешного пуска. Известные

методы расчета значений емкости являются

приближенными [4] и, следовательно, требуют экспериментальной

проверки или расчета переходных процессов с использованием математической

модели АД, что обеспечивает достоверность результатов

математического эксперимента .

Целью статьи является разработка математической модели

для расчета режимов запуска АД с конденсаторами, включенными последовательно

.

III. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

Исследование процессов, происходящих в АД, требует

достаточно точного определения параметров двигателя, а именно

сопротивлений и собственной и взаимной индуктивностей электрических

цепей. Эти параметры можно получить только на основе

высокоадекватных математических моделей, так как они зависят от

магнитного насыщения и тока смещения в стержнях беличьей

клетки.

Одним из важных вопросов является выбор осей координат,

которые необходимы для описания электромагнитных коммуникаций.

Поскольку обмотка статора АД с конденсатором в одной фазе вызывает

электрическую несимметрию, то исследование этих процессов с

необходимой адекватностью возможно только в фазовых координатах [1].

С учетом смещения тока каждый стержень ротора

вместе с обоймами разделен на k элементарных колец

по высоте, так что ротор представлен k витками,

каждое из которых представлено в виде тройки -фаза первая.

Система дифференциальных уравнений, описывающая электрическое равновесие

трехфазной обмотки статора с

конденсатором С в одной фазе, питаемой от однофазного источника в фиксированной системе координат

(рис. 1), имеет вид

;     

ab

ab

RIBIU

DD DT



;     

C

BB CCC BC

D

DR IRIU

DT DT

 

 



Фазовый сдвиг Расчет конденсатора фазы — www. Www.itieffe.com

C спиртовой фазовращатель

C спиртовой фазовращатель

Работа трехфазного асинхронного двигателя обусловлена ​​питанием, осуществляемым трехфазным током, противофазным друг другу на 120°

Возможно питание одного и того же двигателя однофазным током n и случаев, когда требуемая мощность не 100% (и то же не превышает определенных мощностей) через фазосдвигающий конденсатор

Эффективность будет невысокой, т.к. полученный фазовый сдвиг не оптимален.

Однако он может применяться для различных целей: электронасосы, центробежные и винтовые вентиляторы, дрели и для всех машин с малой мощностью, не требующих больших пусковых токов.

В большинстве случаев используется соединение треугольником, подходящее для трехфазного двигателя 220–380 В, питаемого однофазным напряжением 220 В.

На следующем рисунке показаны соединения для трехфазных асинхронных двигателей с однофазным питанием по схеме «звезда-треугольник» и с вращением по часовой стрелке и против часовой стрелки.

треугольник звезда

Конденсатор создает фазовый сдвиг, необходимый для получения вращающегося магнитного поля внутри двигателя

Величина фазового сдвига является равнодействующей потребляемой мощности и тока, по этой причине фазовый сдвиг никогда не может быть оптимальным, он зависит от нагрузки и всегда будет компромиссом

Двигатель с таким питанием никогда не сможет обеспечить номинальную мощность, при рассчитанном здесь значении мощность снижается на 60-70% и является компромиссом для работы с ограниченными и средними нагрузками

Наибольший пусковой момент для однофазного двигателя достигается, когда задержка, которую мы получаем с нашим конденсатором, составляет 90 °

Для случаев, когда нагрузка всегда высокая, можно увеличить мощность для получения большей мощности, но будьте осторожны, в этом случае он не должен работать без нагрузки или при малых нагрузках, вы рискуете сжечь двигатель

Ошибочно думать, что с большим конденсатором он получает больше мощности, даже у пользователя может развиться сбой

Наибольшие потери при этом типе соединения возникают в фазе пуска, доступный крутящий момент составляет 30-40 % от крутящего момента, получаемого при нормальном питании двигателя

Предупреждения

Помните, что в этом конкретном случае конденсатор подвергается воздействию больших токов и повторяющейся инверсии полярности. Если он не подходит для выполняемой работы, он может взорваться

Используйте только неполяризованные конденсаторы с максимальным рабочим напряжением на 15-20% выше напряжения питания двигателя и предназначенные для переменного тока

Другие бесплатные программы от itieffe ▼

1.8 Как рассчитать конденсатор в цепи Штейнмеца? | 1. Алюминиевые электродвигатели | Часто задаваемые вопросы

Формула рабочего конденсатора в схеме Штейнмеца

Для схемы Штейнмеца схема двигателя и соединение по схеме звезда или треугольник должны соответствовать существующему сетевому напряжению. В Европе это обычно 230В. Металло-бумажный конденсатор согласно DIN EN 60252-1 (VDE 0560-8:2011-10) допускается в качестве рабочего конденсатора. Его необходимо подключить к третьему еще свободному соединению на двигателе и, в зависимости от желаемого направления вращения, к внешнему или нейтральному проводу.Если конденсатор подключен к внешнему проводнику, двигатель будет вращаться вправо, а если конденсатор подключен к нейтральному проводнику, он будет вращаться влево. Ориентировочное значение ок. 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя при рабочем напряжении 230 В рекомендуется в различных справочниках и на форумах относительно DIN48501, который был отозван несколько лет назад. Общая формула расчета рабочего конденсатора с емкостью (C) и мощностью (P) электродвигателя при номинальном напряжении (U):

 

                                   

     

 — угловая частота.

      • Delta Connection — Направление вращения Отменить

        99

        Начальный конденсатор двигателя

    Вспомогательная этап генерируется конденсатор. Однако это имеет фазовый сдвиг только менее 90° вместо 120°.Следовательно, генерируется только эллиптическое вращающееся поле , которого достаточно, чтобы придать двигателю направление вращения, чтобы он мог запуститься сам по себе. Это придает двигателю эллиптические рабочие характеристики. Со схемой Штейнмеца двигатель может работать либо по схеме треугольника, либо по схеме звезды, в зависимости от напряжения катушки. Соединение треугольником предпочтительнее. Вместе конденсатор и катушка двигателя образуют последовательный резонансный контур. В процессе работы создается пиковое напряжение до 330В при сетевом напряжении 230В.Чтобы предотвратить его разрушение, он должен быть рассчитан на максимальное возникающее напряжение. Поскольку используемые конденсаторы из металлической бумаги со временем стареют, добавляется запас прочности от 70 до 80 В. Таким образом, при напряжении сети 230В используется конденсатор с диэлектрической прочностью не менее 400В. Токи в отдельных цепочках различаются из-за конденсатора. Пусковой ток двигателя зависит от требуемого крутящего момента и в несколько раз превышает номинальный ток. Так как работа двигателей большей мощности приводит к увеличению однофазных нагрузок, работа двигателей со схемой Штейнмеца ограничена значением 1.от 5 кВт до максимум 2 кВт, в зависимости от поставщика.

     

     

    Повышение коэффициента мощности с помощью конденсаторов ~ Изучение электротехники

    Используя эту формулу, вы можете легко рассчитать компоненты KVA и KVAR электрической системы, учитывая коэффициент мощности (P.F) и компонент KW.

    Повышение коэффициента мощности с помощью конденсаторов

    Реактивную составляющую (KVAR) любой системы распределения электроэнергии можно легко уменьшить, чтобы улучшить коэффициент мощности с помощью конденсаторов.Конденсаторы в основном реактивные нагрузки. Они имеют тенденцию генерировать реактивную мощность, поэтому они находят хорошее применение в приложениях для коррекции коэффициента мощности. Таким образом, вместо того, чтобы коммунальная компания поставляла реактивную мощность, за которую вы в конечном итоге будете платить, приобретите конденсаторную батарею и попросите их поставлять компонент реактивной энергии, как показано ниже:

    Повышение коэффициента мощности с помощью конденсаторов

    Как видно из диаграммы выше, при коэффициенте мощности 0.7, потребность в кВА для нагрузки составляет 142 кВА, а необходимая реактивная мощность составляет 100 кВАр. С установленными конденсаторами для улучшения коэффициента мощности и коэффициентом мощности, улучшенным до 0,95, потребность в кВА снижается до 105 кВА, в то время как требуемая реактивная мощность теперь составляет 33 квар, баланс в 67 квар теперь обеспечивается конденсатором, что значительно влияет на счета за коммунальные услуги.

    Преимущества улучшения коэффициента мощности с помощью конденсаторов

    Когда конденсаторы используются для улучшения коэффициента мощности, получаются следующие преимущества:

    1.Сниженные счета за электроэнергию

    2. Снижает потери I2R в электрических проводниках

    3. Снижает нагрузку на трансформаторы, высвобождая емкость системы

    .

    4. Улучшает напряжение в системе распределения электроэнергии, что позволяет двигателям работать более эффективно и охлаждаться. Это помогает продлить работу и срок службы двигателя.

    Конденсаторы уменьшают счета за коммунальные услуги

    Как подробно описано ниже, улучшение коэффициента мощности с помощью конденсаторов окажет значительное влияние на счета за коммунальные услуги с течением времени, как показано в разбивке системы выставления счетов за коммунальные услуги в таблице ниже:

     Как конденсаторы снижают стоимость

    Коммунальные предприятия выставляют счет за каждый ампер тока, как активного, так и реактивного.Счет обычно основан на пиковом токе

    .

    Конденсаторы уменьшают реактивный ток и, следовательно, пиковый ток

    Потребность в кВт с регулировкой коэффициента мощности

    Коммунальные предприятия выставляют счет за потребность в кВт плюс надбавку за низкий коэффициент мощности. Например, вы можете заплатить за любой коэффициент мощности ниже 0,85

    .

    Конденсаторы увеличивают коэффициент мощности до необходимого минимума, устраняя дополнительную нагрузку.Иногда можно было получить кредит за высокий коэффициент мощности.

    Потребность в кВт с платой за реактивную потребность

    Коммунальные предприятия выставляют счета за потребность в кВт плюс надбавку за чрезмерную реактивную потребность

    Конденсаторы снижают реактивную нагрузку, тем самым устраняя дополнительную плату


    Пример расчета коэффициента мощности

    Пример проблемы:

    Завод работает с несколькими асинхронными двигателями и другими нагрузками.Его коэффициент мощности составляет 0,65, и он потребляет в среднем 195 кВт за данный расчетный период. Рассчитать:

    (a) Потребление кВА

    (б) Реактивная мощность, кВАр

    (c) Если требуется улучшить коэффициент мощности до 0,95, какой емкости конденсатора в кВАр требуется?

    (d) Предположим, что коммунальная компания, поставляющая электроэнергию этому заводу, имеет следующий режим выставления счетов:

    1. Тариф на электроэнергию = 3,6 доллара США за

    кВтч.

    2. Плата за спрос = 1,9 долл. США за кВт

    3.Штраф за коэффициент мощности = 0,18 доллара США за

    квар-ч.

    Рассчитайте общий счет за электроэнергию за месяц и экономию при улучшении коэффициента мощности. Предположим, расчетный период составляет 30 дней.

    Образец решения:

    (а) P.F = кВт/кВА;

    КВА = кВт/П.Ф; теперь кВт = 195, П.Ф = 0,65

    Следовательно, кВА = 195/0,65 = 300 кВА

    (b) Теперь KVA2 = KW2 + KVAR2 ;

    KVAR = SQRT[(300*300) – (195*195)] = 227,98

    (с) В П.F = 0,95, кВА = 195/0,95 = 205,26

    KVAR = SQRT[(205,26*205,26) – (195*195)] = 64,09

    KVAR конденсаторов, необходимых для коррекции коэффициента мощности, составляет

    .

    = 227,98 – 64,09 = 163,89

    (d) Всего часов в месяц = ​​30 x 24 = 720

    При коэффициенте мощности 0,65:

    Плата за энергию в месяц = ​​195 x 720 x 3,6 доллара США = 505 440 долларов США

    Плата за спрос в месяц = ​​195 x 1,9 USD = 370,5 USD

    Штраф за коэффициент мощности в месяц = ​​227.98 х 720 х 0,18 доллара США = 29 546,2 доллара США

    Общий счет за месяц = ​​505 440 долл. США + 370,5 долл. США + 29 546,2 долл. США = 535 356,7 долл. США

    Теперь с коэффициентом мощности теперь улучшен до 0,95:

    Плата за энергию в месяц одинакова = 505 440

    долларов США.

    Плата за спрос такая же = 370,5

    долларов США.

    Штраф за коэффициент мощности в месяц = ​​64,09 x 720 x 0,18 USD = 8 306,06 USD

    Общий счет за месяц = ​​505 440 долл. США + 370,5 долл. США + 8 306,06 долл. США = 514 116,56 долл. США

    Экономия на счетах за коммунальные услуги = 535 356 долларов.7 — 514 116,56 долл. США = 21 240,14 долл. США

    Как рассчитать ток трехфазного конденсатора? – СидмартинБио

    Как рассчитать ток трехфазного конденсатора?

    Конденсатор постоянного тока Чистая номинальная мощность батареи составляет 400*3=1200 кВАр. Чтобы рассчитать ток полной нагрузки, введите 1 200 кВАр в качестве номинального значения и напряжение 12 470 В в трехфазном калькуляторе выше. При необходимости используйте дополнительные допуски.

    По какой формуле рассчитать KVAR?

    Для формулы KVAR это выглядит следующим образом: Q = X*I*I.В формуле реактивной мощности X относится к реактивному сопротивлению цепи, а I — к току, протекающему через цепь.

    Как рассчитать KVAR из кВА и кВт?

    кВт — это не что иное, как киловатт, и это единица измерения реальной мощности в килограммах. кВА — единица полной мощности в килограммах. кВАр – это единица измерения реактивной мощности в килограммах. Посмотрите на приведенную выше формулу, кВА равна квадратному корню из суммы квадрата кВт и квар.

    Как рассчитать необходимое количество конденсатора?

    Рассчитывает емкость конденсатора на основе его заряда Q и напряжения V по формуле C=Q/V.

    Что такое формула кВА?

    Используйте формулу: P(кВА) = ВА/1000, где P(кВА) — мощность в кВА, V — напряжение, а A — ток в амперах. Например, если V равно 120 вольт, а A равно 10 ампер, P(кВА) = ВА/1000 = (120)(10)/1000 = 1,2 кВА.

    Какова формула для кВА 3 фазы?

    Чтобы преобразовать А в кВА в трехфазной цепи, используйте следующую формулу. кВА равен квадратному корню из 3 (1,732) ампер умножить на вольт, деленный на 1000. Например, найдите полную мощность в кВА для трехфазной цепи 440 вольт с током 150 ампер.

    Как рассчитывается батарея конденсаторов?

    Расчет батареи конденсаторов Требуемая батарея конденсаторов = 100 x tan (cos-1(0,7)- cos-1(0,96)) = 72,85 кВАр.

    Как рассчитать ток батареи конденсаторов?

    Размер блока конденсаторов:

    1. Сайт конденсаторной батареи = 32 кВАр.
    2. Опережающий KVAR, подаваемый каждой фазой = Kvar/No of Phase.
    3. Опережающий квар, подаваемый каждой фазой = 32/3=10,8 кВАр/фаза.
    4. Ток заряда конденсатора (Ic) = (кВАр/фаза x1000)/Вольт.
    5. Ток заряда конденсатора (Ic) = (10,8×1000)/(415/√3)
    6. Ток заряда конденсатора (Ic) = 44,9 ампер.

    Как рассчитать кВА и квар?

    Loot в таблице кВА в кВАР Таблица преобразования стандартной мощности двигателя при 0,8 пф….кВА в кВАР Таблица преобразования:

    кВт кВА кВАр
    89,52 111,90 67,14
    111,90 139.2. Фактический KVAR=93% от номинального KVAR. Следовательно, конденсатор 32 квар работает как 93% x 32 квар = 23,0 квар.

    Как рассчитать кВА?

    Рассчитайте номинальную мощность в киловольт-амперах или «кВА», если известны номинальные значения напряжения и тока. Используйте формулу: P(кВА) = ВА/1000, где P(кВА) — мощность в кВА, V — напряжение, а A — ток в амперах. Например, если V равно 120 вольт, а A равно 10 ампер, P(кВА) = ВА/1000 = (120)(10)/1000 = 1,2 кВА.

    Какое напряжение 3 фазы?

    Для 3-фазной 3-проводной незаземленной системы на 480 вольт напряжение относительно земли составляет 480 вольт.Можно также спросить, какое напряжение на каждой ноге 3-х фаз? Напряжение между любой одной ногой и землей будет 277 вольт, а между любыми двумя горячими проводами будет 480 вольт. Трехфазное оборудование работает от напряжения треугольника, что означает, что вы подключаете только 3 провода без напряжения и не используете нейтральный провод.

    Какова формула мощности для трехфазной системы?

    Выполните расчет трехфазной мощности по формуле: P = √3 × pf × I × V, где pf — коэффициент мощности, I — ток, V — напряжение, а P — сила.

    Как рассчитать потребляемую мощность трехфазного двигателя?

    Рассчитайте потребляемую мощность трехфазного двигателя, умножив ампер на вольт на квадратный корень из трех (Вт = AV (sqrt 3). Например, если двигатель потребляет 30 ампер при 250 вольт, у вас есть 30 x 250 x sqrt 3 (около 1,73) = 12 975 Вт). Преобразуйте ватты в киловатты, разделив количество ватт на 1000.

    Как рассчитать силу тока для 3 фаз?

    Разделите потребляемую мощность в ваттах на напряжение сети, умноженное на коэффициент мощности, чтобы найти силу тока.Для трехфазных цепей коэффициент мощности равен квадратному корню из 3. Если в вашем калькуляторе нет функции извлечения квадратного корня, используйте 1,73 как приблизительное значение квадратного корня из 3.

    Схема Штейнмеца

    Схема Штейнмеца , названная в честь Чарльза П. Штейнмеца, представляет собой электрическую схему для работы трехфазных асинхронных двигателей в однофазной сети переменного тока. [1] Схема используется только для небольших трехфазных асинхронных машин с короткозамкнутым ротором мощностью до 2 кВт. [2]

    Основы

    Для вращения ротора в трехфазном двигателе к статору должен подаваться переменный ток. [3] Обычно три внешних проводника в статоре генерируют вращающееся поле, создаваемое фазовым сдвигом на 120° между переменными напряжениями внешнего проводника. [4] При выходе из строя внешнего проводника или при наличии только однофазного переменного напряжения (например, в бытовой розетке) двигатель не может запуститься самостоятельно; его придется запускать вручную. [5] Тем не менее, при использовании схемы Штейнмеца трехфазный асинхронный двигатель может запускаться автоматически. Однако крутящий момент и мощность ниже. [6]

    Рабочий конденсатор в схеме Штейнмеца

    Для соединения Штейнмеца соединение звездой или треугольником, в зависимости от номинального напряжения двигателя, должно соответствовать существующему сетевому напряжению. [7] В Европе обычно 230 В.Рабочий конденсатор представляет собой металлический бумажный конденсатор или полипропиленовый пленочный конденсатор [8] со свойствами самовосстановления, который подключается от одного из двух питающих выводов к третьему свободному выводу в зависимости от желаемого направления вращения. [9] Величина емкости зависит от мощности двигателя, а также от рабочего напряжения двигателя. [4] В различных специализированных книгах и на форумах ориентировочное значение ок. 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя для рабочего напряжения 230 В рекомендуется со ссылкой на DIN 48501, который был отозван несколько лет назад.{2}}}}

    с угловой частотой ω{\displaystyle \omega}. [10] [11]

    Вспомогательная фаза создается конденсатором. [12] Однако вместо 120° здесь фазовый сдвиг составляет менее 90°. [3] Таким образом, создается только эллиптическое вращающееся поле, [4] которого, однако, достаточно, чтобы указать направление вращения двигателя, чтобы он запускался автоматически. [13] Однако это также придает двигателю волнистую кривую крутящего момента и, в зависимости от требуемого крутящего момента, гудение возникает при частоте, вдвое превышающей частоту сети.Конденсатор и катушка двигателя вместе образуют последовательный резонансный контур. Поэтому во время работы напряжение на конденсаторе выше, чем напряжение сети. [ПРИМЕЧАНИЕ 1] Как и конденсаторный двигатель, он должен быть рассчитан на переменное напряжение 400…450 В, чтобы он не вышел из строя. [14] Из-за конденсатора токи в отдельных цепочках различны. [4] Пусковой ток двигателя зависит от требуемого крутящего момента и кратен номинальному току. [3] Поскольку работа двигателей большей мощности приводит к увеличению однофазных нагрузок на сеть, разрешение на эксплуатацию двигателей со схемой Штейнмеца ограничено до 1,5 кВт [ANM 2] в зависимости от поставщика. [15]

    Примеры цепей

    При использовании схемы Штейнмеца двигатель может работать треугольником или звездой, в зависимости от напряжения катушки. [2] Предпочтительно соединение треугольником. [15]

    • Delta Connection — разворот направления

  • Момент и мощность

    Начальный крутящий момент двигателя в цепи Steinmetz значительно ниже двигатели, питающиеся трехфазным переменным током. [2] В зависимости от емкости рабочего конденсатора пусковой момент составляет M A от 20 % до 50 % [16] — в среднем около 30 % — от номинального крутящего момента M N . [6]

    Если требуемый пусковой момент выше, пусковой конденсатор C A может быть подключен к параллельно рабочему конденсатору C B во время пуска. [15] Емкость пускового конденсатора может быть в два раза больше емкости рабочего конденсатора. [17] После пуска пусковой конденсатор должен быть отключен, иначе произойдет перегрев обмотки двигателя (например, с помощью центробежного выключателя или реле времени). [9] С помощью пускового конденсатора пусковой момент можно увеличить почти до 100 %. [17] Однако, как правило, конденсатор рассчитан так, чтобы пусковой момент составлял 90 %.

    Трехфазные двигатели со схемой Штейнмеца не подходят для тяжелого пуска, так как, с одной стороны, обмотки уже сильно нагружены при пуске, а с другой стороны, само упомянутое пусковое устройство может перегреться.Обычно для этого используют биполярные электролитические конденсаторы, для которых допускается только кратковременная работа. [18]

    Мощность трехфазного двигателя, работающего по схеме Штейнмеца, составляет около 80 % от номинальной мощности двигателя. [19]

    Применение схемы Штейнмеца

    Схема Штейнмеца подходит для применений без трехфазного подключения или для машин, в которых необходимо безопасно сохранять направление вращения и отсутствует конденсаторный двигатель. [1] Недостатком схемы Штейнмеца является то, что крутящий момент, особенно пусковой, ниже. [15] Для достижения той же производительности просто необходимо использовать более мощный двигатель. Как и конденсаторный двигатель, схема Штейнмеца ограничена приводами с выходной мощностью прибл. Два киловатта по технико-экономическим соображениям. [4] Рабочий конденсатор является значительным фактором стоимости в более крупных двигателях [11] , а также источником ненадежности.

    С появлением преобразователей частоты область применения была дополнительно ограничена, поскольку они могут генерировать трехфазный переменный ток, необходимый для трехфазного двигателя, из постоянного или переменного напряжения. Это также позволяет использовать трехфазный двигатель в однофазной системе. Однако из-за множества функций и свойств плавного пуска преобразователя частоты это связано с новыми затратами.

    Контур Штейнмеца иногда используется для привода бетоносмесителей, [2] вентиляторов, кормосмесителей, [20] старых стиральных машин и циркуляционных насосов в системах отопления. [2] В старых стиральных машинах для циклов стирки и отжима использовались двигатели с переключением полюсов. Вот схема з. Б. устроен так, что шестнадцатиполюсная обмотка, используемая для стирки, имеет три пряди, а мощная двухполюсная центробежная обмотка рассчитана на две пряди. Большой конденсатор, который и без того был необходим, использовался как для стирки (схема Штейнмеца), так и для отжима (конденсаторный двигатель). A b Ханс-Дитер Штёльтинг, Ахим Бейссе: Маленькие электрические машины . A b c Franz Moeller, Paul Vaske (Ed.): Электрические машины и преобразователи . Структура части 1, режим работы и рабочие характеристики, 11-е исправленное издание, BG Teubner, Stuttgart 1970, стр. 152, 156–158.

  • a b c d e Клаус Ткоц, Петер Бастиан, Хорст Бумиллер и др.: Электротехника. 27-е исправленное и дополненное издание. Verlag Europa-Lehrmittel Nourney Vollmer GmbH & Co. A b Rolf Fischer, Hermann Linse: Электротехника для инженеров-механиков . 10-е издание, Vieweg + Teubner Fachverlage GmbH, Висбаден, 2000 г., ISBN 978-3-519-26325-8 , с. 273.
  • ↑ Ханс-Юрген Бедерке, Роберт Птассек, Георг Ротенбах, Пауль Васке, Хайнриш Фроне (ред.): Руководство Moeller по электротехнике . Том VIII, Электрические приводы и средства управления, 2-е исправленное издание, BG Teubner Verlag, Штутгарт, 1975, с.А. Сеннер: Электротехника. 4-е издание. Verlag Europa-Lehrmittel, 1965, с. 210.
  • ↑ Информация от Amelec Electronic о схеме Штейнмеца. (по состоянию на 7 ноября 2017 г.).
  • a b c d Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher: Подготовка специалистов по электротехнике в области промышленной электроники. 1-е издание. Westermann Schulbuchverlag GmbH, Брауншвейг, 1998, ISBN 3-14-221730-4 .Ханс-Ульрих Гирш, Ханс Хартус, Норберт Фогельзанг: Электротехника для технических школ. Электрические машины с введением в силовую электронику, 4-е исправленное издание, Springer Fachmedien, Wiesbaden 1998, ISBN 978-3-322-92707-1 , с. 321.
  • ↑ Й. Степина: Однофазные асинхронные двигатели: конструкция, теория и расчет , Springer-Verlag 2013, 216 стр., стр. 104.
  • ↑ Паспортная табличка и размеры двигателя стиральной машины с переключением полюсов .
  • Примечания

    1. ↑ Перенапряжение зависит от скорости и нагрузки. По этой причине напряжение конденсатора U C установлено равным 1,2-кратному напряжению сети. (Источник: Franz Moeller, Paul Vaske (Ed.): Электрические машины и преобразователи .)
    2. ↑ В прошлом энергоснабжающие компании разрешали мощность двигателей переменного тока до 3 кВт. (Источник: Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher: Подготовка специалистов по электротехнике в области промышленной электроники .)

    Многопараметрический анализ для повышения эффективности однофазного конденсаторного двигателя

    Однофазные двигатели известны своей малой номинальной мощностью и их использованием в различных бытовых приборах. Хотя они не являются крупными потребителями электроэнергии, их широкое применение способствует общему потреблению электроэнергии. Кроме того, стандарт IEC 60034-30-1:214 определяет уровни эффективности однофазных и трехфазных двигателей и предусматривает повышенный электрический КПД электродвигателей.Таким образом, в этой статье проводится параметрический анализ двигателя с постоянно разделенными конденсаторами с пятью различными конструктивными параметрами, влияющими на эффективность двигателя. В результате параметрического анализа получаются две различные оптимизированные модели двигателей с повышенной эффективностью. Анализируется влияние каждого параметра на КПД двигателя, а также на другие рабочие характеристики, такие как пусковой момент, перегрузочная способность, номинальный ток, пусковой ток, полные потери и коэффициент мощности, и делаются соответствующие выводы.Полученные модели двигателей проверяются с помощью метода конечных элементов (FEM) для распределения плотности магнитного потока.

    1. Введение

    Конденсаторные двигатели относятся к однофазным двигателям, которые имеют конденсатор во вспомогательной обмотке, обычно предназначенный для запуска двигателя. В случае двигателя с постоянно разделенными конденсаторами имеется только один конденсатор, помещенный во вспомогательную обмотку, которая постоянно находится в работе как во время пуска, так и во время работы двигателя. Как правило, однофазные двигатели имеют низкую мощность, но широко распространены в бытовой технике и везде, где имеется однофазное питание.Это делает потребление электроэнергии от однофазных двигателей значительной частью общего потребления электроэнергии в домашних хозяйствах и промышленности. В марте 2014 года был опубликован стандарт IEC 60034-30-1. Он определяет четыре класса эффективности для асинхронных двигателей (однофазных и трехфазных): стандартная эффективность IE1, высокая эффективность IE2, повышенная эффективность IE3 и сверхвысокая эффективность IE4 (рис. 1). С января 2017 года установленный законом минимальный КПД IE3 должен поддерживаться для номинальной мощности электродвигателей от 0.от 75 кВт до 375 кВт. Повышение эффективности двигателя стало императивом для производителей электродвигателей. Тем не менее, производственные затраты должны поддерживаться на конкурентоспособном уровне путем анализа различных аспектов оптимизации двигателей.


    Проведен анализ оптимизации электродвигателей с точки зрения повышения КПД на основе оценки механических параметров и законов масштабирования в трехфазных асинхронных двигателях [2, 3]. Оптимизация однофазных конденсаторных двигателей была исследована с регулятором напряжения на основе симистора или в конфигурации привода с датчиком Холла [4, 5].На протяжении многих лет для оптимизации однофазных двигателей использовались различные алгоритмы оптимизации, такие как оптимизация роя частиц, суррогатная модель полевой цепи или генетические алгоритмы, применяемые в одно- или многокритериальных моделях оптимизации [6–9]. Гибридный алгоритм, состоящий из оптимизации роя частиц и генетических алгоритмов, применялся для определения оптимальной рабочей точки двухфазных двигателей с точки зрения повышения эффективности и уменьшения пульсаций крутящего момента [10].Последний представляет собой оптимальную рабочую точку двигателя после оптимизации и расчета коэффициента полезного действия с помощью FEM. Контроллер искусственной нейронной сети повысил эффективность и динамические характеристики трехфазных асинхронных двигателей, особенно когда двигатели работают с частичной нагрузкой [11]. Оптимизация асинхронных двигателей продвигается дальше с использованием контроллера на основе нечеткой логики, выступающего в качестве супервизора в снижении уровней потока во время переходных процессов и способствующего повышению эффективности динамических режимов работы [12].Максимизация КПД асинхронных двигателей достигается за счет механического усовершенствования сердечника статора и ротора, т. е. прорезей в середине статора и зубьев ротора [13, 14]. В этой статье проводится всесторонний параметрический анализ повышения эффективности двигателя с постоянно разделенными конденсаторами и дается обзор того, как параметры изменяются в оптимизированных моделях по сравнению с исходной моделью. Также представлены изменения всех важных рабочих параметров, таких как пусковой и максимальный крутящий момент, номинальный и пусковой ток, ток в основной и вспомогательной обмотке, потери во всех частях двигателя, а также общие потери, входная и выходная мощность, номинальный крутящий момент и коэффициент мощности. .В частности, показано влияние каждого конструктивного параметра, который варьируется в определенных пределах, на КПД двигателя. Следовательно, в документе приведены основные рекомендации для разработчиков двигателей о том, как различные конструктивные параметры (длина двигателя, количество проводников основной и вспомогательной обмотки, диаметр ротора и раскрытие пазов ротора) влияют на полное поведение двигателя в различных режимах работы: нагрузка, холостой ход, запуск двигателя и работа в режиме пробоя. Кроме того, работа двигателя оценивается с учетом того, как максимизация эффективности влияет на другие условия работы.Также обсуждаются преимущества и ограничения предложенных оптимизированных моделей. Модель пускового двигателя (ВМ) представляет собой однофазный двигатель с постоянно разделенными конденсаторами с номинальными данными: напряжение 220-240 В, частота 50 Гц, номинальный ток 1,32 А, номинальная мощность 124 кВт, продукция компании MicronTech. Расчет рабочих характеристик однофазных конденсаторных двигателей основан на методе симметричных составляющих и теории вращения двойного поля [15, 16]. Часто эти аналитические расчеты требуют много времени из-за сложной математической модели двигателя, которая становится еще более сложной, когда речь идет об оптимизации.В данной работе используется программное обеспечение Maxwell для автоматизированного расчета характеристик двигателя, позволяющее быстро рассчитать параметры и характеристики двигателя для различных моделей и режимов работы. Точность полученных результатов сильно зависит от точности программной модели двигателя. Таким образом, модель пускового двигателя (ВМ) проверяется путем сравнения ее выходных результатов с доступными данными от производителя двигателя. Как только компьютерная модель проверена как достаточно точная, параметрический анализ задается путем изменения четырех различных параметров двигателя в первой оптимизированной модели двигателя (M1): количество проводников в основной и вспомогательной обмотке статора, осевая длина двигателя и наружный диаметр ротора.Во вторую оптимизированную модель двигателя (М2) добавлен еще один параметр — длина раскрытия пазов ротора. Влияние расстояния между пазами ротора и поверхностью ротора на рабочие характеристики двигателя было проанализировано, что привело к выводу, что производительность двигателя улучшается по мере уменьшения расстояния между пазами [17]. Также было исследовано влияние производственного процесса, который способствует большему коэффициенту заполнения пазов ротора и его корреляции с КПД двигателя [18].Закрытие пазов ротора поднимает дополнительные вопросы о потерях двигателя и насыщении сердечника в перемычках пазов ротора [19, 20]. Закрытые пазы ротора оказывают существенное влияние на потери холостого хода в основном за счет уменьшения потерь в верхней части паза [21]. Таким образом, открытие пазов ротора оптимизировано во второй модели, что приводит к конструкции двигателя с закрытыми пазами ротора. Обе оптимизированные модели обладают повышенной эффективностью по сравнению со стартовой моделью. В настоящее время МКЭ-анализ является неотъемлемой частью процедуры проектирования двигателя, поскольку он проверяет осуществимость предлагаемой конструкции двигателя с точки зрения насыщения магнитного сердечника в критических точках конструкции двигателя [22–24].Процедура проектирования двигателя завершается МКЭ-анализом распределения плотности магнитного потока в поперечных сечениях моделей.

    2. Математическая теория моделирования однофазных двигателей

    Несмотря на простоту конструкции, математическая модель однофазных двигателей, описывающая различные режимы работы двигателей, достаточно сложна из-за существования вращающегося эллиптического электромагнитного поля. в воздушном зазоре двигателя. Электромагнитное поле этого воздушного зазора сильно несимметрично; применение известной теории и математических моделей для трехфазных симметричных асинхронных двигателей является неправильным и неточным.Поэтому несимметричные магнитодвижущие силы (МДС) токов и напряжений, соответствующие двум обмоткам однофазных асинхронных машин, могут быть разложены на две симметричные системы (рис. 2), являющиеся прямой и обратной составляющими двухфазной системы [15] .


    Здесь справедливы следующие соотношения: где и — общие переменные, связанные со вспомогательной и основной обмотками соответственно.

    Принцип суперпозиции дает следующее.

    Первым шагом в анализе двигателя является определение всех параметров двигателя: , сопротивление основной обмотки статора; , реактивное сопротивление рассеяния основной обмотки; , сопротивление обмотки вспомогательного статора; , реактивное сопротивление рассеяния вспомогательной обмотки статора; , реактивное сопротивление намагничивания; , сопротивление обмотки ротора; реактивное сопротивление рассеяния обмотки ротора [15]. Расчет параметров двигателя основан на геометрии двигателя, полученной от производителя.

    На основе метода симметричных составляющих рассчитаны параметры импеданса , и , необходимые для получения симметричных составляющих токов статора и электромагнитного момента [15]: где s – скольжение двигателя, где C – емкость во вспомогательных обмотки и — отношение витков основной и вспомогательной обмотки статора.Симметричные составляющие токов основной обмотки статора рассчитываются, откуда В с — напряжение питания двигателя.

    Ток питающей сети находится из следующего. Рассчитываются токи в основной обмотке и вспомогательной обмотке статора соответственно. Находятся составляющие электромагнитного момента — прямая и обратная: где р — пара полюсов двигателя.

    Электромагнитный крутящий момент следующий. Входная мощность двигателя следующая.Коэффициент мощности становится следующим. Выходная мощность двигателя P 2 получается из входной мощности P 1 после вычитания всех потерь двигателя, которые можно разделить на несколько групп: омические потери статора и ротора, потери конденсатора, потери в железном сердечнике. потери и механические потери.

    Омические потери статора рассчитываются при температуре 75°С как сумма омических потерь в основной и вспомогательной обмотках.

    Согласно [15] омические потери ротора при номинальной нагрузке можно приблизительно рассчитать как где и Потери в сердечнике представляют собой в основном потери на вихревые токи и гистерезисные потери, которые в аналитическом виде можно выразить следующим образом.

    – константа потерь на вихревые токи.

    — максимальная плотность потока.

    – константа гистерезисных потерь.

    — постоянная Штейнмеца, зависящая от материала (от 1,6 до 2).

    Механические потери в основном включают потери на трение и сопротивление воздуха.Эти потери можно определить, управляя двигателем с номинальной скоростью на холостом ходу или с возбуждением. Для машин, работающих с постоянной или почти постоянной скоростью, эти потери постоянны. Для точного расчета потерь двигателя необходимо иметь точный расчет параметров двигателя (сопротивлений и реактивных сопротивлений), а также токов во всех обмотках двигателя. Кроме того, следует рассчитать плотность магнитного потока в поперечном сечении двигателя, параметр, который часто более или менее точно предсказывается в аналитических расчетах двигателя.Это подчеркивает необходимость точного компьютерного проектирования двигателя, способного выдерживать различные конструктивные изменения, необходимые для повышения КПД двигателя ( η ), который в конечном итоге может быть получен из соотношения выходной мощности P 2 и входная мощность P 1 .

    3. Компьютерное проектирование моделей двигателей

    Точное моделирование двигателя в программе для автоматизированного расчета параметров и рабочих характеристик однофазного конденсаторного двигателя является важным шагом в параметрическом анализе для повышения эффективности.Точная геометрия двигателя моделируется с учетом размеров магнитного сердечника и свойств материала сердечника, т. е. кривой намагничивания B=f(H), где B — плотность магнитного потока, а H — напряженность магнитного поля (рис. 3 и 4). .



    Свойства пластин сердцевины определяются в соответствии с типом пластин ДЛ 80, РК502.4. Также моделируются электрические свойства материалов. Обмотка статора, состоящая из основной и вспомогательной обмотки из меди, размещена в основном и вспомогательном пазах.Обмотка ротора короткозамкнутая, изготовлена ​​из алюминия. Двигатель предназначен для работы на постоянной мощности и моделируется в программе Maxwell с использованием доступных данных от производителя двигателя. Точность разработанной исходной модели (ВМ) проверяется путем сравнения выходных результатов модели и доступных данных от производителя. В таблице 1 представлено это сравнение.


    БМ Производитель данных

    Номинальная мощность (Вт) 124 124
    Номинальный крутящий момент (Нм) 0.416 0.411
    Номинальная скорость (об / мин) 2846 2880 2880 2880
    Номинальный ток (а) 1.35 1.32
    Максимальная мощность (W) 210 210 210 210 210 210
    Максимальный крутящий момент (нм) 0.83 0,8


    Как только начальная модель была проверена в качестве достаточно точного, параметрический анализ устанавливается путем изменения нескольких параметров двигателя в пределах предварительно определенного границы.Параметры вариаций параметров представлены в таблице 2.

    3


    Шаг Шаг


    Nr. проводников в основном гнезде (/) 110÷124 1
    Nr. проводников во вспомогательном пазу (/) 125÷135 1
    Диаметр ротора (мм) 65÷65.6 0,1 0.1 0.1
    Длина двигателя (мм) 32 ÷ 37 1
    0 ÷ 1,5 0 ÷ 1,5 0,75

    В качестве первого шага параметрического анализа были определены четыре варьируемых параметра: количество проводников в основном и вспомогательном пазах статора, длина магнитопровода и диаметр ротора, т. е. длина воздушного зазора между статор и ротор.В результате параметрического анализа было решено 8085 различных комбинаций. Из этих решений выбирался лучший результат или лучшая модель двигателя по максимальному КПД при номинальной нагрузке (модель М1). Второй параметрический анализ определялся добавлением еще одного варьируемого параметра, т. е. длины раскрытия щели ротора, и учетом предыдущих четырех варьируемых параметров. В результате этого второго параметрического анализа было получено 17325 различных комбинаций. Их решения дали вторую модель двигателя (M2) с лучшим КПД, чем BM и M1.На следующем этапе модели двигателей проверяются с помощью МКЭ на предмет распределения плотности магнитного потока. Плотность потока B вычисляется из магнитного векторного потенциала A . Для решения уравнений Максвелла полное поперечное сечение машины разбивается на многочисленные элементы, образующие сетку конечных элементов (рис. 5). Задачи электромагнитного поля решаются путем решения уравнений Максвелла в конечной области пространства с соответствующими граничными условиями и пользовательскими начальными условиями для получения решения с гарантированной единственностью.где E — электрическое поле, D — электрическое смещение, равное ε E , ε — диэлектрическая проницаемость, B — плотность магнитного потока, H — магнитное поле, равно произведению магнитной проницаемости материала на плотность магнитного потока, μ B . J — плотность тока, σ E , где σ — проводимость. ρ — плотность заряда.


    Дискретизация МКЭ области анализируемого объекта дает набор матричных дифференциальных уравнений. Они решаются методом временной декомпозиции (TDM). Область декомпозируется по оси времени, и все временные шаги решаются одновременно, вместо того, чтобы решать их шаг за шагом. Нелинейные матричные уравнения линеаризуются для каждой нелинейной итерации. На выходе из модели FEM крутящий момент двигателя рассчитывается для всех моделей двигателей. Сравнение крутящего момента, полученного из всех моделей МКЭ, с крутящим моментом, полученным в результате параметрического анализа, подтверждает точность модели МКЭ.

    4. Результаты и обсуждение
    4.1. Параметрический анализ

    Выходные результаты параметрического анализа дают обзор всех важных параметров и данных двигателя. Параметры двигателей всех трех моделей (BM, M1 и M2) представлены в таблице 3 вместе с выходными результатами изменения параметров, которые привели к лучшим моделям двигателей с точки зрения эффективности. Все параметрические анализы выполняются для работы с постоянной мощностью; т. е. все двигатели должны иметь одинаковую выходную мощность.Тип обмотки — двухслойная синусоидальная обмотка.

  • 0
    40 9 25,98 21,525 784.57

    Motor Parameter BM M1 M2


    Nr. проводников на слой в основной обмотке — (/) 117 124 124
    Nr. Проводников на слой в вспомогательной обмотке — (/) 130 125 125 125 125
    35 37 37 37
    Диаметр ротора- (мм) 65.4 65.6 65.6 65.6
    Rotor Slot Открытие -rso (мм) 1.5 1.5 0
    Главная устойчивость к намотке при 20 ° C — (Ω) 25.376 27.16 27.16 27.16
    Вспомогательная обмотка сопротивления на 20 ° C- (Ω) 69.14 67.05 67.056 67.0540
    (Ω) 16.24 19.18 19.38 9.38
    Реактивное сопротивление вспомогательной обмотки-(Ом) 24.66 23,8 24
    ротора resistance- (Ω) 22,31 25,66
    ротора reactance- (Ω) 3,53 4,81
    Намагничивать reactance- (Ω) 387,18 702,3
    емкостных-C ( μ F) 6 6 6

    для наилучшая модель двигателя по КПД кроме параметров двигателя, работа двигателя в трех типичных режимах работы, т.е.д., анализируется номинальная нагрузка, заблокированный ротор и холостой ход. В таблице 4 приведены рабочие характеристики двигателя при номинальной нагрузке. Здесь также представлен обзор всех потерь двигателя. Механические потери (потери на трение и парусность) рассчитывались как 9% от общих потерь, так как чаще всего они находятся в пределах 8-12% от общих потерь. Рабочие характеристики без нагрузки представлены в таблице 5 вместе с характеристиками двигателя с заблокированным ротором (пусковые). Подробное представление работы двигателя для различных скоростей представлено на рисунках 6, 7, 8 и 9.На рис. 6 представлены входные (линейные) токи для разных скоростей.

    (%)

    Мотор характеристикой БМ М1 М2

    Номинальная скорость (оборотов в минуту) 2846,48 2831,72 2831.72
    Линейный ток (А) 1,35 1,1788 1.159
    основной обмотки плотность тока (А / мм 2 ) 4,422 3,6562 3,608
    вспомогательной обмотки плотность тока (А / мм 2 ) 3,6 3,38 3,284
    основной обмотки ток (А) 1,0166 0,84 0,829
    вспомогательной обмотки ток (А) 0,3693 0,346 0,336
    Конденсатор потерь (Вт) 72.378 63,54 59,98
    железном сердечнике потери (W) 4,487 3,93 3,13
    статоров омические потери (Q) 43,345 33,083 31,9
    Ротор Омические потери (Ω) 15.91 16.603 16.34 16.34 16.34
    13.424 13.424 13.28 13.28 13.28
    Общая площадь (W) 149.545 130,454 124,67
    Входная мощность Р 1 (Вт) 273,552 254,352 248,7
    Выходная мощность Р 2 (Вт) 124 123,89 124.04
    Фактор эффективности (ETA) η (%) 4541 49.7 49.7 49.87 49.87
    Выходной крутящий момент T (NM) 0.416 0.4178 0.418
    Максимальный крутящий момент (Нм) 0,83 0,775 0,754
    Коэффициент мощности (/) 0,919 0,98 0,975
    Номинальное скольжение (/) 0,051 0,056 0,056


    Мотор характеристикой БМ М1 М2

    Реактивное сопротивление основной обмотки (Ом) 15.96 18,7 18,7
    вспомогательной обмотки реактивное (Ω) 24,31 23,37 23,4
    ротора реактивного сопротивления (Ω) 3,24 4.3 47,59
    Намагничивать реактивное (Ω) 29342 283.34 524.48 552.542 552.542 552.540
    Без нагрузки Ток (а) 1.15 0.6799 0.6799 0.653
    Беззагрузочная тока Основная обмотка (A) 0.953 0.423 0.392 0.392
    Нет — Загрузить текущий вспомогательный намотки (а) 0.413 0.39 0.386 0.386
    5.27 5.27 4,787 3.82
    No-load Power Power (W) 156.244 118.96 114.97
    0.614 0.795 0,8
    Без нагрузки скорость (об/мин) 2985.91 2986,7 2986,7
    Пусковой момент (Нм) 0,116 0,11 0,111
    Стартовый ток линии (А) 4,077 3,658 3,53
    Стартовый ток основной обмотки (А) 3,9325 3,519 3,4
    Пусковой ток вспомогательной обмотки (A) 0,2704 0,2712 0,272

    Из таблицы 4 можно заметить, что ток линии двигателя уменьшается в обеих оптимизированных моделях.Уменьшение линейного тока в основном является результатом увеличения сопротивления основной обмотки из-за увеличения количества проводников в основной обмотке. Уменьшение сетевого тока приводит к уменьшению входной мощности P 1 или потребления электроэнергии (15). Снижение входной мощности влияет на коэффициент полезного действия двигателя. Уменьшение тока привело к уменьшению омических потерь в обмотках статора (17). Параметрический анализ выполняется с выходной мощностью двигателя в качестве ограничения; я.т. е. выходная мощность должна поддерживаться постоянной, что подразумевает почти неизменный выходной крутящий момент, поскольку соотношение между выходной мощностью и крутящим моментом прямо пропорционально. Возможны некоторые вариации номинальной скорости в разных моделях двигателей, влияющие на номинальный выходной крутящий момент, но в этих конкретных моделях они не так выражены. Принимая во внимание, что коэффициент полезного действия определяется соотношением выходной и входной мощности, поддержание постоянной выходной мощности приводит к уменьшению входной мощности и потерь двигателя для достижения лучшего коэффициента полезного действия, чем в пусковой модели.Чем меньше потери двигателя, тем лучше полученный КПД. Поскольку потребление электроэнергии двигателем снижается, это приводит к энергоэффективному двигателю. Это относится к M1 и M2, причем обе модели имеют меньшие общие потери, чем BM.

    Из таблицы 4 и представленных диаграмм на рисунке 7 можно сделать вывод, что в оптимизированных моделях повышен коэффициент мощности. Увеличение коэффициента мощности является результатом уменьшения воздушного зазора из-за увеличенного диаметра ротора.В целом, исходя из опыта проектирования, рекомендуется длина воздушного зазора [15], где g — длина воздушного зазора, а — номинальная выходная мощность. Следовательно, принимая во внимание (27) и номинальную мощность двигателя, можно сделать вывод, что воздушный зазор может быть дополнительно уменьшен. Как правило, воздушный зазор между статором и ротором является важной частью конструкции двигателя. Длина воздушного зазора влияет на рабочие параметры, такие как ток намагничивания, перегрузочная способность, охлаждение и шум.Слишком маленький воздушный зазор приведет к большим гармоникам пространственного воздушного зазора и дополнительным потерям, а слишком большой приведет к снижению коэффициента мощности и КПД [15]. Большой воздушный зазор имеет некоторые преимущества и недостатки. Среди преимуществ — повышенная перегрузочная способность, улучшенное охлаждение, уменьшенное неуравновешенное магнитное притяжение и сниженный уровень шума. Недостатками являются повышенный ток намагничивания и пониженный коэффициент мощности. Как и ожидалось, оптимизированные модели ведут себя в соответствии с вышеупомянутыми общими правилами.Перегрузочная способность оптимизированных моделей снижена (уменьшен максимальный крутящий момент, таблица 4), а также уменьшен ток холостого хода из-за меньшего воздушного зазора. Коэффициент мощности и КПД также увеличиваются. Также анализируется влияние плотности тока обмоток статора на общую конструкцию двигателя. Как правило, плотность тока обмоток статора должна быть в пределах 3-5 А/мм 2 . Более высокие значения плотности тока имеют некоторые преимущества, такие как уменьшение сечения меди, веса и, следовательно, стоимости машины.Недостатками являются увеличение сопротивления, потери в меди и повышение температуры с последующим снижением КПД. Поскольку модели М1 и М2 имеют пониженную плотность тока по сравнению с БМ, они имеют меньшее сопротивление, меньшие потери в меди и повышенный КПД (табл. 5). На рис. 8 представлен выходной крутящий момент для всех трех моделей двигателей. Как и ожидалось, из-за практически неизменной выходной мощности P 2 и незначительных вариаций номинальной скорости у всех моделей двигателей выходной крутящий момент практически не меняется у всех моделей для режима номинальной нагрузки.Выходной крутящий момент и выходная мощность связаны следующим известным уравнением. Коэффициент полезного действия для различных скоростей и для всех моделей двигателей представлен на рисунке 9. Третья модель имеет самый высокий КПД за счет последнего варьируемого параметра, длины открытие слота ротора. Как правило, в конструкции ротора используются полузакрытые пазы или закрытые пазы с очень маленькими или узкими отверстиями. Ротор с закрытыми пазами влияет на работу двигателя следующим образом: поверхность ротора в воздушном зазоре гладкая, двигатель потребляет меньший ток намагничивания, а шум и пусковой ток уменьшаются.В наших моделях (М1 и М2) ток холостого хода уменьшен (поскольку ток намагничивания равен току холостого хода при работе на холостом ходу), индуктивность рассеяния увеличена, а пусковой ток уменьшен (табл. 5). Недостатком закрытых пазов ротора является снижение перегрузочной способности двигателя. Это также относится к моделям М1 и М2, которые имеют уменьшенный максимальный крутящий момент по сравнению с моделью ВМ (таблица 4).

    Влияние изменения различных конструктивных параметров на общий КПД двигателя представлено на рисунке 10.Диаграммы получаются при сохранении конфигурации пускового двигателя и изменении только одного параметра (т. е. рис. 10(а), переменный, =130, L=35 мм, =65,4 мм, RSO=1,5 мм). На рисунке 10(b) является переменной, в то время как все остальные параметры остаются такими же, как и в исходной модели BM. По такому же принципу получаются и другие результаты на рис. 10. КПД увеличивается с увеличением количества проводников в основной обмотке, уменьшением тока основной обмотки и уменьшением потерь в меди.

    Выходная мощность двигателя (P 2 ) пропорциональна произведению D 2 L, где D — диаметр отверстия статора, а L — длина сердечника [15]. Следовательно, увеличение длины двигателя приводит к увеличению выходной мощности двигателя и увеличению КПД двигателя ( η ), поскольку выходная и входная мощность двигателя связаны с (22). Этот тип двигателя имеет повышенную величину тока с обратным сдвигом во времени и повышенные пульсации крутящего момента по мере приближения двигателя к номинальной скорости.Чтобы уменьшить это, следует уменьшить полное сопротивление вспомогательной обмотки и, следовательно, минимизировать потери; т. е. количество проводников во вспомогательной обмотке уменьшено (рис. 10, б).

    4.2. Анализ FEM

    Параметрический анализ служит отправной точкой для получения модели FEM двигателя для проверки предложенных моделей (M1 и M2) с точки зрения распределения плотности магнитного потока. На рис. 11 представлено распределение плотности магнитного потока для всех моделей двигателей.

    Существуют общие рекомендации по плотности потока в конкретных частях машины.Для статора и зубцов ротора она должна быть менее 1,8 Тл, а для сердечника (ярма) от 1,3 до 1,5 Тл [15]. Следуя этим общим рекомендациям, распределение плотности потока находится в пределах рекомендуемых диапазонов для BM и M1. Что касается второй оптимизированной модели М2, то в зубцах ротора могут наблюдаться большие значения плотности потока из-за конструкции двигателя с закрытыми пазами ротора. Тем не менее, это значение плотности потока все еще ниже точки насыщения сердечника по отношению к встроенному материалу сердечника, поскольку точка насыщения находится примерно на уровне 2T (рис. 3).Модели двигателей FEM проверяются с точки зрения их точности путем расчета выходного крутящего момента для одной фиксированной скорости. Следует отметить, что представленные диаграммы момента на рисунке 12 не отражают переходные характеристики двигателя, обычно строящиеся при разгоне двигателя от нуля до номинальной скорости. На представленных диаграммах вычисляется момент двигателя при одной постоянной скорости, т. е. номинальной скорости, для каждой из моделей двигателя на всем интервале. В таблице 6 представлено сравнение между значениями крутящего момента из параметрического анализа и из моделей FEM в режиме работы с номинальной нагрузкой.Поскольку момент в моделях МКЭ имеет ярко выраженные колебания, он рассчитывается как среднее значение в интервале времени от 175 до 200 мс. Представленные результаты в таблице 6 и их сходство подтверждают, что модели МКЭ достаточно точны. Таким образом, представленные результаты распределения плотности потока считаются надежными и способствуют общей оценке конструкции и характеристик двигателя.

    3
    40 +0,4271 0,4435

    Выходной крутящий момент (нм) Параметрический анализ FEM Анализ


    BM 0.4135
    M1 0,4178 0,4293
    M2 0,418

    5. Заключение

    конденсаторные электродвигатели однофазные большие потребители электроэнергии, если принять во внимание их относительно большое количество в различных бытовых электроприборах. Следовательно, небольшое улучшение их эффективности способствует повышению общей энергоэффективности.В статье представлено влияние нескольких параметров двигателя, таких как количество проводников в основной и вспомогательной обмотке, длина машины, длина воздушного зазора и раскрытие пазов ротора, на КПД двигателя с постоянно разделенными конденсаторами. Параметрический анализ был выполнен в программном обеспечении Maxwell, что привело к созданию двух улучшенных моделей двигателей, M1 и M2, с повышением эффективности на 7,4% и 10% соответственно по сравнению с моделью пускового двигателя. Разница между моделями М1 и М2 заключается в ширине раскрытия пазов ротора, у последних пазы ротора полностью закрыты.Модели, полученные в результате параметрического анализа, были проверены с помощью МКЭ с точки зрения распределения плотности магнитного потока. Результаты анализа FEM показали, что модель M1 хорошо спроектирована в отношении распределения плотности магнитного потока, поскольку плотность потока в поперечном сечении машины находится в пределах рекомендуемых интервалов для различных частей машины. Модель M2 имеет самое высокое значение плотности потока в зубцах ротора, хотя это значение все еще ниже точки насыщения сердечника для встроенного магнитного материала.Точность полученных моделей МКЭ проверяется сходством полученных результатов выходного крутящего момента из МКЭ и параметрического анализа. Используя последние достижения в программах проектирования электрических машин, различные модели двигателей могут быть получены за относительно короткое время вычислений, что приводит к наилучшей возможной конструкции двигателя с точки зрения заданной целевой функции. Легко вносятся изменения в конструкцию двигателя; результаты получаются быстро, что дает разработчикам двигателей возможность исследовать различные варианты двигателей и находить наилучшую конструкцию для определенного применения.В этой статье представлен понятный обзор конструктивных параметров однофазного двигателя с постоянными конденсаторами с разделенными конденсаторами и их влияние на КПД двигателя. Чтобы получить сравнимые результаты, все модели двигателей имеют один и тот же конденсатор, так как это влияет на производительность двигателя. Дальнейшие исследования авторов будут направлены на поиск оптимальной емкости конденсатора для обеспечения наилучших условий пуска и работы двигателя.

    Доступность данных

    Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

    Благодарности

    Работа выполнена при поддержке проекта «Вклады в математическую теорию, математическое моделирование и их применение», финансируемого Университетом «Гоце Делчев».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.