Wie funktioniert ein Kondensator in einem 120-V-Wechselstrom-Motorkreis?

Der Versuch, einen Einphasenmotor mit nur einer Wicklung zu starten, wäre ein bisschen so, als würde man versuchen, ein Fahrrad mit nur einem Pedal zu starten. Es ist in Ordnung, wenn Sie es einmal zum Laufen gebracht haben, aber der Versuch, die Startrichtung richtig zu machen und vom oberen oder unteren Totpunkt zu starten, ist umständlich.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Induktionsmotor mit quadratischem Rotor, da im Schaltplaneditor kein Kreiswerkzeug vorhanden ist.

Der Einphasen-Induktionsmotor ist ähnlich. Um das Problem zu lösen, wird dem Motor eine normalerweise schwächere Hilfswicklung hinzugefügt, die beispielsweise um 30 ° von der Hauptspule versetzt ist. Ein Kondensator ist mit dieser Spule in Reihe geschaltet und bewirkt eine Verschiebung der Phase des Stroms in der Hilfswicklung relativ zu der der Hauptwicklung. Das Ergebnis ist, dass das Magnetfeld in einer Wicklung der anderen vorauseilt und dies dem Rotor genügend Rotationskraft verleiht, um:

• lass es starten.
• in die richtige Richtung starten.

Einige Motoren verfügen über einen Fliehkraftschalter, der die Hilfswicklung abschaltet, sobald der Motor eine bestimmte Drehzahl überschreitet, da sie nicht mehr benötigt wird. Das spart etwas Energie und reduziert die Motorerwärmung.

Kondensatorstrom verstehen

Aber könnten Sie diesen Teil für mich erklären? Was passiert mit der angesammelten negativen Ladung auf der gesättigten Kappenplatte, wenn die Kappe vollständig aufgeladen ist, wenn 120 V Null durchqueren? Pulsiert es stromaufwärts gegen den vorherigen Spannungsfluss oder sitzt es einfach da? – Scott

Normalerweise lernen wir Kondensatoren in Gleichstromkreisen kennen, wo es einfach ist, das Aufladen und Entladen des Kondensators zu visualisieren, und die Kondensatorspannung folgt der RC-Lade-/Entladekurve. Normalerweise wechselt die angelegte Spannung in diesen Szenarien nicht über und unter Null Volt. Diese Denkweise hilft uns bei der Analyse von Wechselstromkreisen nicht viel.

Betrachten wir noch einmal die Startwicklung. Der Einfachheit halber ignorieren wir die Induktivität beider Wicklungen und stellen sie uns als Widerstände vor. Mit unserem einfachen Modell:

• Der Strom in der Hauptwicklung folgt der LN-Spannung und ist damit phasengleich.
• Wir wollen eine Phasenverschiebung des Stroms im L2-C1-Zweig, um die Rotation zu erzeugen.

Der Kondensatorstrom ist durch die Regel gegeben$I = \frac{dQ}{dt}$wobei Q die Ladung ist. Dies sagt uns einfach, dass der Strom am größten ist, wenn die Geschwindigkeit der Ladungsbewegung am größten ist. Die Kondensatorladung ist gegeben durch$Q = C \cdot V$und die Kombination der beiden erhalten wir$I = C \frac {dV}{dt}$. Wir sagen hier nur, dass der Kondensatorstrom proportional zur Änderungsrate der Spannung ist .

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Vereinfachung : Auch hier ignorieren wir die Induktivität und behandeln die Wicklungen als Widerstände mit niedrigem Wert (relativ zur Impedanz des Kondensators).

Bei 270° ist die Spannung (rot) maximal negativ. Der Kondensator ist vollständig negativ geladen und da die Spannung aufgehört hat zu fallen (negativ zu werden), ist der Strom auf Null gefallen (blaue Kurve ist auf Null).

Von 270° bis 0° nimmt die Spannung zu. Die Änderungsrate wird schneller und schneller, wenn sie sich Null nähert. Aus diesem Grund steigt der Strom von Null an und erreicht den maximalen Strom bei 0°.

Bei 0° ist der Kondensator vollständig entladen, aber die Änderungsrate der Spannung ist am höchsten (am steilsten auf der Kurve). Dadurch wird der Kondensator aufgeladen und da die Ladegeschwindigkeit - der Strom - proportional zur Änderungsgeschwindigkeit der Spannung ist, erreicht der Strom hier ein Maximum.

Für die nächsten 0° bis 90° nimmt die Änderungsrate der Spannung ab und der Strom nimmt auf Null ab.

Dasselbe Muster wiederholt sich, aber in den nächsten 180° in entgegengesetzten Richtungen.

Anmerkungen:

• Bei dieser Anordnung sind die Spannungs- und Stromwellenformen immer sinusförmig. Es gibt keine plötzlichen Ladungen/Entladungen oder Spannungs- oder Stromsprünge.
• Die einzige „unendliche Pause“ ist, wenn die Spannung oder der Strom die Richtung ändert. Es ist nicht mehr eine Pause als der Kolben eines Motors, der den oberen Hub erreicht. Geschwindigkeit = 0 für einen Moment, aber die Beschleunigung ist an diesem Punkt am höchsten (wenn ich richtig denke).
• Was auf dem spannungsführenden / heißen Draht auf diesem Bein hereinkommt, muss auf diesem Bein zum Neutralleiter hinausgehen.
• C1 und der Schalter können zu beiden Seiten von L2 gehen.

Ich denke, Sie verfehlen den Sinn der Antworten. Es gibt keine maximale Ladung des Kondensators, der nur dort "sitzt" und auf die Entladung wartet. Tatsächlich "leitet" die sich ändernde Spannung die Ladung ab, die aufgebaut wurde, wenn sich die Polarität ändert. Dies ist ein normaler Teil eines Wechselstromkreises. Sie denken an einen Kondensator und seine Verwendung in einem Gleichstromkreis, in dem er sich auflädt und entweder von einer Polaritätsänderung "vor" dem Kondensator abhängt oder sich über eine nachgeschaltete Komponente oder eine Reihe von Komponenten entlädt. Der wichtige Punkt beim Kondensator ist, dass er wie eine kleine Flussmündung ist, die sich ständig füllt oder entleert und nicht mit vollem Pegel steht.