خازن استارت چگونه کار می کند؟ اصول اصلی، اندازه، و علائم شکست

خازن استارت با ایجاد یک شیفت فاز 60 تا 120 درجه کار می کند بین جریان در سیم پیچ کمکی و جریان در سیم پیچ اصلی یک موتور تک فاز. این تغییر فاز یک میدان مغناطیسی دوار تولید می کند که گشتاور راه اندازی کافی برای چرخش روتور ایجاد می کند. خازن تنها برای چند ثانیه در مدار می ماند تا زمانی که موتور تقریباً به 75 درصد سرعت نامی خود برسد و سپس توسط یک کلید گریز از مرکز قطع می شود. بر اساس اصول طراحی خازن موتور AC استاندارد که در IEC 60252-1 توضیح داده شده است، اگر سوئیچ باز نشود، خازن جریان بیش از حدی می کشد و معمولاً ظرف چند دقیقه هوا می گیرد یا پاره می شود.

چه شروع خازن در واقع انجام می دهد

موتورهای القایی تک فاز ساده و مستحکم هستند، اما یک محدودیت ذاتی دارند: نمی توانند به تنهایی گشتاور راه اندازی را ایجاد کنند. یک سیم پیچی که توسط جریان متناوب تغذیه می شود، میدان مغناطیسی ضربانی ایجاد می کند که نمی چرخد، بنابراین روتور ثابت می ماند. خازن شروع این مشکل را با افزودن سیم پیچ دوم، معروف به سیم پیچ کمکی یا استارت، که عمداً تغییر فاز می دهد، حل می کند.

هنگامی که خازن در مدار است، باعث می شود که جریان در سیم پیچ شروع، بسته به اندازه خازن و طراحی سیم پیچ، تقریباً 60 تا 120 درجه جریان را در سیم پیچ اصلی هدایت کند. این اختلاف فاز، میدان ضربان را به میدان دوار تبدیل می‌کند، که جریانی را در میله‌های روتور القا می‌کند و گشتاور مورد نیاز برای غلبه بر اینرسی ساکن و حرکت روتور را تولید می‌کند.

• برق را فراهم می کند فشار دهید به جای قدرت مداوم
• فقط در طول دنباله شروع، معمولاً 2 تا 5 ثانیه فعال است
• دارای رتبه بندی برای کار متناوب، نه عملیات مداوم
• توسط یک کلید گریز از مرکز یا رله پتانسیل با سرعت کامل دور می زند

فیزیک پشت تغییر فاز

برای درک اینکه چرا یک خازن تغییر فاز ایجاد می کند، باید به رابطه بین ولتاژ و جریان نگاه کنید. در یک مدار صرفاً مقاومتی، ولتاژ و جریان در فاز هستند. در مدار القایی، جریان با ولتاژ تاخیر می کند. در مدار خازنی، جریان منجر به ولتاژ می شود. سیم پیچ موتور القایی است، بنابراین به طور طبیعی باعث تاخیر می شود. در مقابل، یک خازن جریان را به ولتاژ هدایت می کند.

هنگامی که یک خازن را به صورت سری با سیم پیچ استارت قرار می دهید، خازن مانند یک خازن عمل می کند دستگاه پیشرفت فاز . جریانی که از سیم پیچ شروع می گذرد تقریباً 90 درجه جلوتر از جریان سیم پیچ اصلی می شود. زاویه دقیق به امپدانس کل خازن و سیم پیچ بستگی دارد. برای خازن های شروع عملی، زاویه فاز در محدوده 60 تا 120 درجه باقی می ماند و این برای ایجاد یک میدان چرخشی قابل استفاده کافی است.

توالی کاری گام به گام

بیایید دنباله ای را از روشن شدن تا سرعت کامل دنبال کنیم.

1. برق مستقیماً از خط AC به سیم پیچ اصلی اعمال می شود. سیم پیچ اصلی شروع به کشیدن جریان می کند و میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند.
2. در همان زمان، ولتاژ در ترکیب سری خازن شروع و سیم پیچ شروع اعمال می شود.
3. خازن به سرعت شارژ می شود و جریان را در سیم پیچ استارت جابجا می کند به طوری که جریان سیم پیچ اصلی را حدود 60 تا 120 درجه هدایت می کند.
4. این دو سیم پیچ اکنون یک میدان مغناطیسی دوار تولید می کنند. روتور شروع به چرخش می کند و به سرعت شتاب می گیرد.
5. هنگامی که موتور تقریباً به 75٪ سرعت هماهنگ شده خود رسید، کلید گریز از مرکز باز می شود و خازن استارت را از مدار خارج می کند.
6. موتور اکنون با سیم پیچ اصلی خود به تنهایی کار می کند و سیم پیچ کمکی آن قطع شده است. میدان دوار باقی می ماند زیرا سیم پیچ منفرد می تواند پس از حرکت روتور چرخش را حفظ کند.
7. هنگامی که موتور خاموش می شود، سوئیچ گریز از مرکز دوباره بسته می شود و مدار استارت را برای شروع بعدی دوباره مسلح می کند.

یک جزئیات مهم: خازن استارت برای کار متناوب طراحی شده است، به این معنی که در هر استارت نباید بیش از 3 تا 5 ثانیه انرژی داشته باشد. اگر در مدار باقی بماند، ماده دی الکتریک به سرعت گرم می شود. در یک خازن استارت معمولی 250 ولت AC، اتصال بیش از 10 ثانیه می تواند باعث شود دمای داخلی از 85 درجه سانتیگراد فراتر رود که منجر به تورم، هواگیری و خرابی نهایی می شود.

خازن شروع در مقابل خازن اجرا: تفاوت های کلیدی

خازن های استارت و خازن های راه اندازی هر دو خازن موتور هستند، اما کارهای مختلفی را انجام می دهند و با استانداردهای متفاوتی رتبه بندی می شوند. جدول زیر تفاوت های اصلی را خلاصه می کند.

ظرفیت و چرخه وظیفه دو تفاوت مهم هستند. خازن استارت انرژی بیشتری را برای ارائه گشتاور راه اندازی بالا ذخیره می کند، اما برای کنترل جریان پیوسته ساخته نشده است. خازن فعال انرژی کمتری را ذخیره می کند اما به طور مداوم کار می کند و اغلب تنها با یک سیم پیچ برای بهبود زاویه فاز همراه است. استفاده از خازن فعال به جای خازن استارت، گشتاور کافی برای راه اندازی موتور تولید نمی کند. استفاده از خازن استارت به جای خازن فعال، ظرف چند دقیقه آن را می سوزاند زیرا خازن استارت برای کار متناوب طراحی شده است.

چگونه یک خازن استارت را اندازه کنیم

انتخاب خازن استارت مناسب یک کار مهندسی است، اما قوانین کلی برای اکثر موتورهای تک فاز کوچک وجود دارد.

ظرفیت

ظرفیت خازنی مورد نیاز به نیاز گشتاور روتور قفل شده موتور بستگی دارد. به عنوان یک راهنمای کلی، یک موتور 1/2 اسب بخاری که با ولتاژ 120 ولت/60 هرتز کار می کند، معمولاً به یک خازن راه اندازی 200 تا 300 میکروفاراد نیاز دارد. یک موتور 1 اسب بخاری ممکن است به 400 تا 500 میکروفاراد نیاز داشته باشد. مقادیر بالای 1000 میکروفاراد معمولا فقط در موتورهای بزرگتر با قدرت بیش از 3 اسب بخار ظاهر می شود.

رتبه بندی ولتاژ

درجه ولتاژ خازن باید حداقل باشد 1.5 برابر ولتاژ خط AC . برای منبع تغذیه 230 ولت، خازن 370 ولت یا 450 ولت را انتخاب کنید. برای منبع تغذیه 115 ولت، معمولاً یک خازن 250 ولت کافی است. خازن بسیار کم ممکن است فوراً خراب نشود، اما دی الکتریک داخلی آن تحت فشار قرار می گیرد و عمر مفید آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

تحمل

خازن های راه اندازی استاندارد معمولا دارای تحمل مثبت یا منفی 10٪ یا 20٪ هستند. برخی از سازندگان برای کاربردهای خاص 5% مثبت یا منفی را مشخص می کنند. اگر خازن را تعویض کنید، ظرفیت جایگزینی باید در 10 درصد مقدار اولیه باشد. بیش از 20٪ از ظرفیت اولیه، گشتاور راه اندازی را افزایش می دهد، اما همچنین باعث افزایش جریان در هنگام استارت می شود که می تواند سیم پیچ کمکی را بیش از حد گرم کند.

این مقادیر نشان دهنده هستند و جایگزینی برای بررسی پلاک موتور نیستند. همیشه توصیه های سازنده موتور را بررسی کنید، به خصوص هنگام تعویض خازن. مقادیر بر اساس شیوه های طراحی معمولی در IEC 60252 و NEMA MG1 است.

علائم شکست و آزمایش

خازن راه اندازی می تواند به طور ناگهانی یا تدریجی از کار بیفتد. علائم رایج خرابی عبارتند از زمزمه موتور بدون چرخش، بوی سوختگی، تورم یا هواگیری قابل مشاهده، و خازنی که ظرفیت خازنی بسیار کمتری نسبت به مقدار پلاک نام دارد.

تست با مولتی متر

1. برق را قطع کنید و حداقل 2 دقیقه صبر کنید تا خازن تخلیه شود. بیشتر خازن های استارت دارای مقاومتی هستند که شارژ را تخلیه می کند، اما همچنان باید از ابزار تخلیه استفاده کنید.
2. متر را روی حالت ظرفیت خازنی قرار دهید و پروب ها را در سراسر پایانه ها وصل کنید.
3. قرائت را با مقدار امتیازی مقایسه کنید. مقدار کمتر از 80 درصد ظرفیت مشخص شده نشان دهنده تخریب خازن است.
4. اگر از اهم متر روی خازن شروع غیر قطبی استفاده می کنید، باید یک کوتاه کوتاه و سپس یک قرائت باز ببینید. خواندن دائمی باز یا کوتاه سیگنال آسیب داخلی است.

یک نکته کاربردی: بسیاری از خازن های استارت الکترولیتی هستند و می توانند با گذشت زمان خشک شوند. امید به زندگی معمولی است 4000 تا 8000 چرخه شروع ، که تعداد دفعات روشن شدن موتور است نه کل ساعات کار. در یک برنامه خانگی استاندارد که در آن یک موتور 5 بار در روز روشن می شود، یک خازن با رتبه بندی 6000 سیکل ممکن است 3 تا 4 سال دوام بیاورد. در یک کمپرسور تجاری با 50 استارت در روز، همان خازن ممکن است طی 4 تا 5 ماه از کار بیفتد. به همین دلیل است که باید خازن را با چرخه وظیفه برنامه مطابقت دهید.

برنامه های کاربردی رایج

خازن های استارت در طیف وسیعی از کاربردهای موتور تک فاز که در آن گشتاور راه اندازی بالا مورد نیاز است استفاده می شود. رایج ترین برنامه های کاربردی عبارتند از:

• کمپرسورهای تهویه مطبوع، اغلب با یک رله پتانسیل در واحدهای بزرگتر
• موتورهای ماشین لباسشویی به خصوص در مدل های درایو مستقیم
• پمپ های آب و پمپ های چاهی که در برابر فشار کامل شروع می شوند
• آسیاب و ماشین آلات نجاری کوچک با تیغه های سنگین
• درب بازکن گاراژ که باید درب سنگین را از حالت استراحت خارج کند
• فن ها و دمنده ها با مقاومت کانال قابل توجه

در هر یک از این کاربردها، موتور در سرعت صفر با بار قابل توجهی مواجه می شود. کمپرسور در برابر حرکت مقاومت می کند زیرا سمت مبرد تحت فشار است. درام ماشین لباسشویی پر از آب و لباس های خیس است. یک پمپ در آب غوطه ور می شود. خازن شروع به این موتورها نیروی فشار اضافی می دهد تا همه چیز را به حرکت درآورد.

نکات ایمنی و حمل و نقل

خازن ها انرژی را حتی پس از قطع برق ذخیره می کنند. یک خازن استارت می تواند شارژ خطرناکی را برای چند دقیقه نگه دارد. همیشه قبل از دست زدن به خازن با یک مقاومت درجه بندی مناسب یا یک پیچ گوشتی با دسته عایق آن را تخلیه کنید. قبل از اطمینان از تخلیه کامل خازن، هرگز پایانه ها را با جسم فلزی کوتاه نکنید.

همچنین، از خازن هایی که دارای تهویه ایمنی هستند استفاده کنید. خازن تهویه‌شده، خازنی است که می‌تواند به‌جای انفجار، فشار داخلی را در هنگام خرابی آزاد کند. این در تجهیزات بسته مانند کابین کمپرسور و محفظه ماشین لباسشویی مهم است.

یک نکته کاربردی: اگر خازن از نظر بصری آسیب دیده است، مانند قسمت بالای آن برآمده، سعی نکنید دوباره از آن استفاده کنید. با واحد جدیدی جایگزین کنید که ظرفیت خازن، ولتاژ، درجه حرارت و پیکربندی ترمینال مشابهی دارد.

سوالات متداول

اگر خازن استارت هرگز قطع نشود چه اتفاقی می افتد؟

خازن در مدار می ماند و به کشیدن جریان ادامه می دهد. از آنجایی که برای کار متناوب طراحی شده است، الکترولیت داخلی یا فیلم به سرعت گرم می شود. در عرض چند ثانیه، فشار داخلی افزایش می یابد، دریچه باز می شود و خازن از کار می افتد. در برخی موارد، موتور ممکن است به کار خود ادامه دهد، اما با جریان بالاتر و با ضربان گشتاور قابل توجهی.

آیا موتور بدون خازن راه اندازی می تواند کار کند؟

برای موتورهای کوچک با بار راه اندازی کم، گاهی اوقات می توان موتور را با چرخش دستی یا با یک کنترل راه اندازی ویژه راه اندازی کرد. اما در حالت کلی، یک موتور تک فاز بدون خازن راه اندازی به سادگی زمزمه می کند زیرا هیچ میدان چرخشی ایجاد نمی شود.

یک خازن استارت چقدر دوام می آورد؟

عمر با چرخه های شروع اندازه گیری می شود، نه ساعات کار. یک خازن شروع معمولی بین 4000 تا 8000 استارت دوام می آورد. در یک دستگاه تهویه مطبوع مسکونی که 8 بار در روز چرخه می کند، این می تواند 1.5 تا 2.5 سال باشد. در یک واحد تجاری با 50 استارت در روز، فقط 3 تا 5 ماه می تواند باشد.

چگونه می توانم بفهمم که خازن استارت مشکل دارد نه موتور؟

سعی کنید شفت موتور را با دست یا با یک اهرم کوچک بچرخانید در حالی که برق اعمال می شود. اگر موتور بلافاصله شروع به چرخش کند، احتمالاً خازن خراب است. اگر حتی با کمک چرخش همچنان زمزمه می کند، مشکل می تواند کلید راه اندازی، سیم پیچی یا خازن باشد. شما باید خازن را با متر اندازه گیری کنید.

آیا می توانم از یک خازن راه اندازی بزرگتر برای بدست آوردن گشتاور راه اندازی بیشتر استفاده کنم؟

افزایش ظرفیت خازن تا حدود 20 درصد بالاتر از مقدار اولیه ممکن است باعث افزایش گشتاور شود، اما جریان و گرما را در سیم پیچ راه اندازی نیز افزایش می دهد که عمر موتور را کوتاه می کند. بالا رفتن 30 درصد بالاتر از مقدار نامی می تواند باعث شود که سیم پیچ تنها در چند راه اندازی بیش از حد گرم شود.

برای یک موتور 230 ولتی به چه خازن ولتاژی نیاز دارم؟

انتخاب ایمن یک خازن 370 ولت یا 450 ولت است. قانون این است که درجه ولتاژ خازن همیشه باید حداقل 1.5 برابر ولتاژ خط باشد.

تفاوت بین کیت شروع سخت و خازن استارت چیست؟

کیت شروع سخت معمولاً یک خازن راه‌اندازی را با یک رله پتانسیل ترکیب می‌کند تا به کمپرسور تقویت راه‌اندازی قوی‌تری بدهد. این برای کمپرسورهایی طراحی شده است که در هنگام راه اندازی تحت بار هستند. یک خازن استارت ساده با یک کلید گریز از مرکز کار می کند که در موتورهای کوچکتر رایج است.

خلاصه

خازن استارت با جابجایی موقت جریان در سیم پیچ کمکی موتور کار می کند و میدان مغناطیسی چرخشی ایجاد می کند تا موتور بتواند گشتاور راه اندازی را ایجاد کند. این یک جزء کوتاه مدت است که یک سوئیچ گریز از مرکز هنگامی که موتور به حدود 75 تا 80 درصد سرعت کامل رسید آن را جدا می کند.

اصلی ترین راهکارهای عملی عبارتند از:

• از خازن طراحی شده برای کار متناوب استفاده کنید و ظرفیت و ولتاژ را به درستی مطابقت دهید.
• هرگز خازن راه اندازی را با خازن کارکرده جایگزین نکنید.
• علائم رایج خرابی را بررسی کنید: زمزمه، تورم، تهویه، و خوانش‌های ظرفیت کم.
• همیشه خازن ها را قبل از جابجایی تخلیه کنید.

با رعایت این قوانین، عمر موتور خود را افزایش داده و از رایج ترین خرابی های مربوط به خازن جلوگیری می کنید.