Конденсатор в цепи переменного тока

[MiniBizon]

Конденсатор в цепи переменного тока

Всем привет.
Надо к вентилятору ( работает от сети 220в ) прикрутить регулятор скорости. Сделал просто: включаю через конденсатор, чем меньше емкость, тем меньше скорость.Проверил по току: меняется пропорционально скорости вращения. А вот напряжение на конденсаторах улетело за 260 и выше.

Видимых проблем не вижу, все работает, не вибрирует не пахнет и т.п. , но на всякий случай спрошу у профи: а можно так делать?:rip3:

 

[Николай_С]

Я бы регулировал обороты посредством диммера. Можно собрать самому.
Конденсатор на пару с индуктивностью обмотки электромотора образует открытый колебательный контур. А что бывает с током в открытом колебательном контуре в момент резонанса?
Правильно, его реактивное сопротивление стремится к 0. Этот эффект опасен в момент искрения контактов выключателя или в момент появления импульсных помех в сети. Если уж хочется использовать конденсатор, то включите в цепь плавкий предохранитель.

 

[Vladimir_S]

Конденсатор на пару с индуктивностью обмотки электромотора образует открытый колебательный контур. А что бывает с током в открытом колебательном контуре в момент резонанса? Правильно, его реактивное сопротивление стремится к 0.

На 50 Герцах?! Ох, сомнительно. При ёмкости, скажем, в 10 мкФ это получается индуктивность порядка 1 Гн! Многовато...

Если уж хочется использовать конденсатор, то включите в цепь плавкий предохранитель.

Не помешает в любом случае. По своему опыту - как-то на службе понадобился вентилятор, а под рукой был только допотопный на 127 В. Ну я и напихал ему внутрь подставки бумажных конденсаторов (благо место позволяло) так, чтобы на двигатель при включении в сеть 220 В приходились эти самые 127. Было это лет 20 назад, так девайс до сих пор пашет!

А вот напряжение на конденсаторах улетело за 260 и выше.

До крайности странно. Что-то не то с измерением. Надо разбираться.

 

[v1ct0r]

напряжение на конденсаторах улетело за 260 и выше.

До крайности странно. Что-то не то с измерением. Надо разбираться.

ничего странного в этом нет - это нормальное явление, так как напряжение переменное и здесь играют роль реактивные сопротивления цепи.
ток в конденсаторе опережает напряжение на 90 градусов, а ток в индуктивности отстает на 90 градусов. если построить векторную диаграмму с учетом емкостного сопротивления конденсатора, активного и индуктивного сопротивлений вентилятора, то все так и получится.
Построение векторных диаграмм

Я бы регулировал обороты посредством диммера.

если нет необходимости в широком диапазоне регулирования оборотов, то конденсатор проще и надежнее.

Если уж хочется использовать конденсатор, то включите в цепь плавкий предохранитель.

если вентилятор на 220, то совсем не обязательно, при пробое конденсатора на вентилятор подастся всего навсего номинальное напряжение и он будет вращаться с номинальными оборотами.

так что не волнуйтесь и пользуйтесь, единственное но очень важное предупреждение

конденсатор должен быть на напряжение превышающее хотя бы в 1.5 раза напряжение, которое присутствует на нем, для исключения пробоя, чтобы не пришлось его менять.

 

[MiniBizon]

Всем спасибо.
Конденсаторы на 630в :wo: , без предохранителей не работаю, от себя еще добавлю: в моем случае при 1мкФ вентилятор (25Вт) работает на полную скорость, но при увеличении емкости он начинает разгоняться :nasos: ( ток тоже растет). Какая простая и забавная вещь - конденсатор.

 

[Vladimir_S]

ничего странного в этом нет - это нормальное явление, так как напряжение переменное и здесь играют роль реактивные сопротивления цепи. ток в конденсаторе опережает напряжение на 90 градусов, а ток в индуктивности отстает на 90 градусов. если построить векторную диаграмму с учетом емкостного сопротивления конденсатора, активного и индуктивного сопротивлений вентилятора, то все так и получится. Построение векторных диаграмм

Спасибо, конечно, особенно за школьную ссылку, но я, вообще-то, в курсе. И по-прежнему пребываю в некотором недоумении: фазы - фазами, а вот амплитуды напряжений вдали от резонанса существенно возрастать всё-таки не должны бы. Прикинем. В пренебрежении активной составляющей амплитуда напряжения на емкости есть
Uc = U0/(1-ω²LC),
где U0 - амплитуда входного напряжения.
(Между прочим, фаза напряжения на ёмкости для частот ниже резонансной не сдвигается, а при переходе через резонанс скачком меняется на противоположную).
Теперь попробуем оценить поправку, взяв заведомо завышенные значения.
Пусть
L = 1 мГн
С = 10 мкФ
ω = 6.28*50 = 314
ω² ≈ 100000
тогда
ω²LC = 0.001
то есть пренебрежимо малая величина.

 

[MiniBizon]

а вот амплитуды напряжений вдали от резонанса существенно возрастать всё-таки не должны бы

На практике растет, причем на 120% скорости вообще 330В+ (на мультиметре). И сомневаюсь что это резонанс, напряжение меняется пропорционально емкости конденсаторов, но всегда выше 220В. Даже на 20% скорости оно 260В.

 

[Vladimir_S]

На практике растет, причем на 120% скорости вообще 330В+ (на мультиметре). И сомневаюсь что это резонанс, напряжение меняется пропорционально емкости конденсаторов, но всегда выше 220В. Даже на 20% скорости оно 260В.

Совсем непонятно. Подозреваю, что это какие-то закидоны мультиметра.

 

[Lastik]

На практике растет, причем на 120% скорости вообще 330В+ (на мультиметре). И сомневаюсь что это резонанс, напряжение меняется пропорционально емкости конденсаторов, но всегда выше 220В. Даже на 20% скорости оно 260В.

Конденсатор-штука конечно полезная, если уметь его правильно применять! Но вот поверить, что происходит увеличение угловой скорости которая не может быть больше w=2Pif, а с учётом скольжения (S всегда больше 1) она ещё и меньше получается (самый важный фактор это частота сети f=50 гЦ). А учитывая что кондёр (реактивное сопротивление) включено последовательно с обмоткой двигателя приводит к уменьшению напряжения на выводах электрической машины, а следовательно к увеличению скольжения (отношению частоты вращения поля статора к оборотам ротора). Правильно Виктор говорит! Нужно учитывать мгновенные значения напряжения и тока (векторы L и C), а не действующие. А для вентиляторов ещё нужно учитывать, что момент на валу двигателя (потребляемая мощность) уменьшается с понижением оборотов. Эту зависимость можно наблюдать если у работающего пылесоса закрыть рукой всасывающий шланг! В этом случае обороты двигателя возрастают, но при этом не производится никакой работы (Момент упал, КПД=0)

 

[v1ct0r]

амплитуды напряжений вдали от резонанса существенно возрастать всё-таки не должны бы. Прикинем. В пренебрежении активной составляющей амплитуда напряжения на емкости есть
Uc = U0/(1-ω²LC),
где U0 - амплитуда входного напряжения.
(Между прочим, фаза напряжения на ёмкости для частот ниже резонансной не сдвигается, а при переходе через резонанс скачком меняется на противоположную).
Теперь попробуем оценить поправку, взяв заведомо завышенные значения.
Пусть
L = 1 мГн
С = 10 мкФ
ω = 6.28*50 = 314
ω² ≈ 100000
тогда
ω²LC = 0.001
то есть пренебрежимо малая величина.

Владимир! Я практик и в теории мне наверно далеко до вас, но векторную диаграмму при необходимости и наличии исходных данных построю. описанное выше я наблюдал множество раз и ничего странного в этом не вижу.
по вашему примеру:
Uc = U0/(1-ω²LC) - откуда вы взяли эту формулу?
там все намного сложнее
Последовательная RLC-цепь

 

[v1ct0r]

при увеличении емкости он начинает разгоняться

Но вот поверить, что происходит увеличение угловой скорости которая не может быть больше w=2Pif, а с учётом скольжения (S всегда больше 1) она ещё и меньше получается (самый важный фактор это частота сети f=50 гЦ). А учитывая что кондёр (реактивное сопротивление) включено последовательно с обмоткой двигателя приводит к уменьшению напряжения на выводах электрической машины, а следовательно к увеличению скольжения (отношению частоты вращения поля статора к оборотам ротора).

это тоже вполне объяснимо, в данном случае происходит приближение к резонансу, следовательно ток увеличивается, увеличивается мощность на валу двигателя -
и обороты всего навсего приближаются к максимально возможным на холостом ходу

 

[Vladimir_S]

Uc = U0/(1-ω²LC) - откуда вы взяли эту формулу? там все намного сложнее.

Отвечаю. Чтобы получить эту формулу, нужно сделать два упрощающих предположения:
1. Активным сопротивлением (R) пренебрегаем.
2. Ограничиваемся случаем синусоидального сигнала с круговой частотой ω. (В приведенной Вами ссылке входной сигнал может быть любым, кроме постоянного: меандром, перепадом, пилообразным и т.п., то есть там рассмотрено общее решение из первых принципов).
Если сигнал синусоидальный, то можно воспользоваться т.н. "методом комплексных амплитуд", состоящим в том, что напряжения, токи и (в общем случая) сопротивления становятся величинами комплексными, каковые принято записывать в экспоненциальной форме, т.е. как произведение вещественной амплитуды на экспоненту, мнимый показатель которой есть фаза.
В этом методе активные и реактивные сопротивления выражаются так:
1. Емкостное: 1/(jωC), где j - мнимая единица (так принято в теории цепей, чтобы не путать с током).
2. Индуктивное: jωL
3. Активное: R
Введя эти значения, мы можем пользоваться обычным законом Ома!
Рассмотрим последовательный контур, состоящий из емкости и индуктивности, на который подано синусоидальное напряжение частотой ω. Найдем напряжение на емкости, поделив исходное напряжение на сумму сопротивлений и умножив на емкостное сопротивление:
Uc = {U/(jωL + 1/(jωC))}*(1/(jωC)) или, после несложных преобразований и памятуя о том, что j²=-1, получаем указанную формулу.
Как и ожидалось, при ω²=1/LC (резонанс) знаменатель (полный импеданс) обращается в ноль и напряжение на емкости возрастает неограниченно. При переходе через резонанс знак знаменателя меняется на противоположный и напряжение переходит в противофазу.
Учет активной составляющей (сопротивление проводов, утечка конденсатора) не принципиален для оценок, но делает формулы более громоздкими.

 

[MagentaTiger]

А казалось бы - все начиналось с обычного конденсатора Я представляю нынешних школьников/молодых людей (вернее их широко открытые глаза), для которых все, что вы написали - это что то, из области высших сфер и как то связано с коллайдером (тоже красивое и не понятное слово) )

Ах да, вы еще не обсудили возникновение противо-эдс в асинхронном двигателе, при увеличении дельты скольжения, при искусственном снижении момента за счет последовательно включенного конденсатора )

 

[Lastik]

это тоже вполне объяснимо, в данном случае происходит приближение к резонансу, следовательно ток увеличивается, увеличивается мощность на валу двигателя - и обороты всего навсего приближаются к максимально возможным на холостом ходу

В двигателях не всё так просто как кажется... Индуктивность двигателя тоже изменяется при изменении оборотов ротора. Резонанс напряжений который вы описали при котором возрастает ток в цепи в виду что Z стремиться к нулю, может и вероятен если вы снимите вентилятор (момент) с вала. А при увеличении напряжения на выводах двигателя возрастёт и нагрузка, следовательно и ток. Но скольжение не допустит увеличения оборотов ротора в виду возрастания момента...

 

[Lastik]

Ах да, вы еще не обсудили возникновение противо-эдс в асинхронном двигателе, при увеличении дельты скольжения, при искусственном снижении момента за счет последовательно включенного конденсатора

И я об этом же только понятными словами...koresch

 

[v1ct0r]

Отвечаю. Чтобы получить эту формулу, нужно сделать два упрощающих предположения:
1. Активным сопротивлением (R) пренебрегаем.
2. Ограничиваемся случаем синусоидального сигнала с круговой частотой ω.

по формуле - убедили(напомнили) согласен, НО на каком основании, в данном случае, вы пренебрегаете активным сопротивлением обмотки двигателя? это было бы возможно в случае мощного двигателя с сопротивлением обмотки в доли Ома, а в данном случае активное сопротивление обмотки 150-200 ом!!! думаю дальше можно не продолжать.

PS не обижайтесь пожалуйста, я не имею никакого намерения вас обидеть, просто теория всегда должна проверяться практикой

 

[Lastik]

Из всех существующих теорий следует одно... Энергия просто так ни откуда не берётся и никуда просто так не девается...
При включении дополнительного конденсатора энергия потребляемая из сети не может увеличить ни мощность ни производительность вентилятора, и повышением его оборотов.
Кстати... в бытовых вентиляторах имеются три скорости. Кто знает как там происходит переключение оборотов?

 

[MagentaTiger]

Кстати... в бытовых вентиляторах имеются три скорости. Кто знает как там происходит переключение оборотов?

На сколько я знаю, там переключатель , вернее подключает/отключает доп.обмотки статора, тем самым меняя количество полюсов асинхронного двигателя , таким образом изменяя базовую скорость

 

[Lastik]

На сколько я знаю, там переключатель , вернее подключает/отключает доп.обмотки статора, тем самым меняя количество полюсов асинхронного двигателя , таким образом изменяя базовую скорость

Я чё-та полазил по "паутине" информация разная... Есть схемы с микросхемами и тиристорными ключами... Простые кнопочные-имеют дополнительные отводы от основной обмотки и пусковая обмотка через кондёр работает. Некоторым "Кулибиным", как и мне, даже минимальная скорость большой кажется, вот и врубают дополнительный кондёр в рабочую обмотку...
Думаю моя тема. Надо попробовать. Но я как раз думал что кнопки и коммутируют ёмкости разных номиналов.

 

[v1ct0r]

Некоторым "Кулибиным", как и мне, даже минимальная скорость большой кажется, вот и врубают дополнительный кондёр в рабочую обмотку...

вот и я так делаю и получаю в итоге 6 скоростей