Испытание конденсаторов для электродвигателей
Однофазные двигатели, приводы с регулируемой скоростью (ASD) и приложения для коррекции коэффициента мощности (PF) часто зависят от правильной работы конденсаторов. В этой статье объясняется, как тестировать эти важные компоненты для электродвигателей в целом, а также для конкретных применений, таких как запуск двигателя и коррекция коэффициента мощности (см. , фото 1 и , фото 2 ).
Примечание. Соблюдайте все применимые правила и процедуры безопасности при тестировании или осмотре электродвигателя или выполнении любых других электромонтажных работ.
Подготовка к тестированию
Для конденсаторов с номинальным напряжением 600 В или менее разрядите остаточную емкость, подключив резистор на 15–20 кОм с номинальным напряжением 5 Вт или более к двум клеммам конденсатора не менее чем на 10 с. Убедитесь, что напряжение упало до нуля, подключив вольтметр постоянного тока к клеммам конденсатора.
Если есть остаточный заряд, то напряжение будет постепенно снижаться по мере того, как счетчик разряжает конденсатор. Для конденсаторов с номинальным напряжением выше 600 В уточните у производителя конденсатора надлежащую процедуру проверки. Прежде чем приступить к проверке конденсатора, отсоедините все провода, подключенные к его клеммам.
Примечание. При наличии нескольких конденсаторов отсоединяйте и проверяйте по одному, а затем снова подключайте проверяемый конденсатор, прежде чем отсоединять и проверять другой.
Проверка измерителя сопротивления
Проверка емкостного заряда . Простой тест на соответствие / несоответствие для конденсатора определяет, может ли он развить емкостной заряд. С помощью аналогового мультиметра (предпочтительно), настроенного на килоомную шкалу, подключите измерительные провода к двум клеммам конденсатора, наблюдая за показаниями сопротивления. Если конденсатор исправен, напряжение, подаваемое внутренней батареей измерителя, первоначально создает относительно большой ток, который быстро падает по мере зарядки конденсатора.
Показания сопротивления должны вести себя обратно пропорционально изменению тока, быстро увеличиваясь, пока не превысят шкалу измерителя — по сути, «бесконечность».
Цифровой мультиметр (DMM), настроенный на шкалу омов, также можно использовать для проверки емкостного заряда. Однако, по сравнению с аналоговым измерителем, с помощью цифрового мультиметра может быть труднее обнаружить быстрое увеличение измеренного сопротивления.
Прохождение теста на емкостной заряд означает, что конденсатор исправен. Однако этот тест не подтверждает, что он имеет номинальную емкость.
Проверка конденсатора на короткое замыкание . Чтобы обнаружить закороченный конденсатор, установите аналоговый или цифровой мультиметр на шкалу Ом и подключите его к двум клеммам конденсатора. Практически «нулевое» значение сопротивления указывает на короткое замыкание конденсатора. Кроме того, осмотрите конденсатор на наличие явных дефектов, таких как утечка масла, трещины или вздутие корпуса.
Для более крупных силовых конденсаторов, защищенных предохранителями, проверьте предохранитель. Перегоревший предохранитель указывает на короткое замыкание конденсатора.
Проверка измерителя емкости
Емкость обычно выражается в микрофарадах (МФД или мкФ). Эти значения важны для пусковых и рабочих конденсаторов двигателей, поскольку они влияют на пусковой момент двигателей с однофазными конденсаторами, а также на рабочий ток двигателей с рабочими конденсаторами. Чтобы определить емкость конденсатора в микрофарадах, подключите тестер емкости к двум его клеммам.
Как правило, значение микрофарад должно быть в пределах примерно 20% от его номинального значения (которое может быть диапазоном). Конденсатор с разомкнутой цепью обычно быстро заряжается и имеет чрезвычайно высокое значение в микрофарадах (обычно зашкаливающее). И наоборот, короткозамкнутый конденсатор будет иметь очень низкое или «нулевое» значение в микрофарадах. Если показания в микрофарадах нестабильны (то вверх, то вниз), вероятно, внутри конденсатора возникла дуга, и его следует заменить.
Конденсатор, который не использовался в течение длительного времени, может нуждаться в «переформировании» для восстановления его емкостного заряда. То, что представляет собой «долгое время», не имеет установленных значений, но конденсатор, который не использовался в течение года или более, вероятно, нуждается в переформовке. Обратитесь к руководству производителя оборудования/конденсатора для получения информации о неактивных периодах и процедурах восстановления.
Проверка емкости цепи . Для приложений с несколькими конденсаторами с известной номинальной емкостью (например, пусковая обмотка встроенного однофазного двигателя л.с./кВт) измерьте емкость всей цепи и сравните ее с номинальной емкостью. Этот тест проверяет правильность соединения нескольких конденсаторов.
Значение микрофарад конденсаторов изменяется обратно пропорционально значениям сопротивления резисторов, включенных последовательно или параллельно. То есть номинал конденсаторов в микрофарадах, включенных параллельно, представляет собой сумму номиналов микрофарад отдельных конденсаторов (суммарная емкость = C1 + C2.
..+Cn). Емкость конденсаторов в микрофарадах, соединенных последовательно, определяется математически по той же методике, что и для резисторов, соединенных параллельно (общая емкость = 1 ÷ [(1 ÷ C1) + (1 ÷ C2) … + (1 ÷ Cn)].
Например, два конденсатора номиналом 400 мкФ, соединенные параллельно, дают 800 мкФ (400 + 400). Те же два последовательно соединенных конденсатора дают 200 мкФ [1 ÷ [(1 ÷ 400) + (1 ÷ 400)]].
Отказы
Большинство преждевременных отказов конденсаторов происходит из-за коротких замыканий. Те, которые происходят позже в течение срока службы конденсатора, обычно представляют собой разомкнутые цепи, которые преобладают в электролитических (например, при запуске двигателя) конденсаторах, в которых высох электролит.
Факторы, влияющие на срок службы конденсатора, включают приложенное напряжение, которое может превышать напряжение сети оборудования, а также рабочую температуру и температуру окружающей среды. Ожидаемый срок службы силовых конденсаторов в таких приложениях, как ASD и коррекция коэффициента мощности, зависит от перенапряжения обратно экспоненциально.
Например, 10-процентное перенапряжение сокращает срок службы конденсатора примерно наполовину. Как и в случае с обмотками двигателя, срок службы силового конденсатора сокращается вдвое при повышении температуры корпуса на каждые 10°C. Обратное из этих двух правил также применимо. Срок службы конденсатора экспоненциально увеличивается при снижении напряжения и температуры.
Перегрев пускового конденсатора двигателя при подаче питания на него более чем на несколько секунд может вызвать его термическое повреждение или разрушение. Повторяющееся состояние перенапряжения может уменьшить его емкость (в микрофарадах). Открытый клапан давления также указывает на внутреннее избыточное давление, которое обычно связано с износом с течением времени. Как длительное перенапряжение, так и кратковременное перенапряжение могут повредить рабочий конденсатор.
Бишоп является старшим специалистом по технической поддержке Ассоциации обслуживания электрооборудования (EASA) в Сент-Луисе.
Свяжитесь с ним в [email protected] .
9. Борьба с шумом двигателя
Одним из основных недостатков работы с двигателями является большое количество электрических шумов, которые они производят. Этот шум может мешать вашим датчикам и может даже повредить ваш микроконтроллер, вызывая провалы напряжения в регулируемой линии электропередач. Достаточно большие провалы напряжения могут повредить данные в регистрах микроконтроллера или привести к сбросу микроконтроллера.
Основным источником шума двигателя являются щетки коллектора, которые могут подпрыгивать при вращении вала двигателя. Этот дребезг в сочетании с индуктивностью катушек и выводов двигателя может привести к большому шуму в вашей линии электропередачи и даже вызвать шум в близлежащих линиях.
Есть несколько мер предосторожности, которые вы можете предпринять, чтобы уменьшить влияние шума двигателя на вашу систему:
1) Припаяйте конденсаторы к клеммам двигателя.
Если вы используете один конденсатор, припаяйте по одному проводу к каждой из двух клемм двигателя, как показано справа выше.
Для лучшего подавления шума вы можете припаять к двигателю два конденсатора, по одному от каждой клеммы двигателя к корпусу двигателя, как показано на рисунке справа.
Для наибольшего шумоподавления можно впаять все три конденсатора: по одному между клеммами и по одному от каждой клеммы к корпусу двигателя.
2) Двигатель и кабели питания должны быть как можно короче.
Вы можете уменьшить шум, скрутив провода двигателя так, чтобы они закручивались вокруг друг друга.
3) Проложите двигатель и провода питания вдали от сигнальных линий. Ваши моторные линии могут индуцировать токи в близлежащих сигнальных линиях. Мы наблюдали скачки напряжения до 20 В, индуцированные в совершенно отдельных цепях рядом с шумным двигателем.
4) Разместите развязывающие конденсаторы (также известные как «шунтирующие конденсаторы») по линии питания и заземления рядом с любой электроникой, которую вы хотите изолировать от помех. Чем ближе вы сможете разместить их к электронике, тем эффективнее они будут, и вообще говоря, чем большую емкость вы используете, тем лучше. Мы рекомендуем использовать электролитические конденсаторы емкостью не менее нескольких сотен мкФ. Обратите внимание, что электролитические конденсаторы поляризованы, поэтому позаботьтесь о том, чтобы установить их с отрицательным выводом, подключенным к земле, и положительным выводом, подключенным к VIN, и убедитесь, что вы выбрали конденсатор с номинальным напряжением, достаточно высоким, чтобы выдерживать пики шума, которые вы пытаетесь подавить.
