Tụ điện khởi động hoạt động như thế nào: Sự dịch pha, mô-men xoắn và các dấu hiệu hỏng hóc

Động cơ khởi động bằng tụ điện 1/2 HP hút dòng điện rôto bị khóa, kêu vo vo và ngắt quá tải trong vòng vài giây. Tụ điện khởi động không mở được. Thành phần đơn lẻ đó, không lớn hơn pin D-cell, là lý do khiến động cơ không thể tạo ra từ trường quay cần thiết để tăng tốc từ trạng thái dừng. Tụ điện khởi động hoạt động bằng cách lắp nhanh một phần tử điện phân có điện dung cao nối tiếp với cuộn dây phụ; dây dẫn dòng điện tạo ra tạo ra sự dịch pha bắt chước nguồn cung cấp hai pha, tạo ra mô-men xoắn khởi động và sau đó ngắt kết nối khi động cơ đạt khoảng 70 đến 80 phần trăm tốc độ đồng bộ. Bài viết này giải thích cơ chế chuyển pha, cấu trúc bên trong giới hạn tụ điện khởi động ở chu kỳ làm việc ngắn, mức xếp hạng bạn phải phù hợp trong quá trình thay thế và các dạng lỗi cho thấy tụ điện bị mòn chứ không phải động cơ bị hỏng. Để có tài liệu tham khảo đồng hành từng bước về các nguyên tắc cốt lõi, kích thước và các triệu chứng lỗi, hãy xem hướng dẫn này để bắt đầu vận hành tụ điện .

Cơ chế dịch pha: Tại sao động cơ một pha không thể tự khởi động

Nguồn điện xoay chiều một pha tạo ra từ trường dao động chứ không phải từ trường quay. Nếu bạn chỉ cấp điện cho cuộn dây chính của động cơ cảm ứng, thì rôto sẽ thấy mô-men xoắn bằng nhau theo cả hai hướng và chỉ đơn giản là kêu vo vo ở đó. Tụ điện khởi động giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra đường dẫn dòng điện thứ hai với độ lệch thời gian có chủ ý. Khi tụ điện mắc nối tiếp với cuộn dây khởi động, điện kháng điện dung làm cho dòng điện trong cuộn dây đó dẫn điện áp. Trong khi đó, cuộn dây chính, có độ cảm ứng cao, có dòng điện trễ hơn điện áp. Độ lệch pha giữa hai dòng điện quanh co có thể đạt tới 90 độ điện. Hai dòng điện lệch pha đó tạo ra một từ trường quay làm rôto chuyển động.

Lượng mô-men xoắn khởi động phụ thuộc vào giá trị điện dung. Điện dung quá nhỏ và góc pha nhỏ nên mô-men xoắn yếu. Quá nhiều điện dung và dòng điện trong cuộn khởi động trở nên quá mức, có nguy cơ làm hỏng lớp cách điện. Hầu hết các động cơ khởi động bằng tụ điện được thiết kế xung quanh một cửa sổ điện dung cụ thể; một tụ điện thay thế đó là 20% dưới giá trị trên bảng tên vẫn có thể khởi động động cơ được tải nhẹ, nhưng nó sẽ gặp khó khăn khi chịu tải và tiêu thụ dòng điện cao hơn.

Khi rôto đạt khoảng 75 phần trăm tốc độ đồng bộ , công tắc ly tâm mở ra và tháo tụ điện khởi động ra khỏi mạch điện. Nếu công tắc đó đóng lại, tụ điện khởi động vẫn có điện, quá nóng và thường có lỗ thông hơi hoặc phồng lên trong vòng vài phút. Đó là một trong những dạng hư hỏng phổ biến nhất ở động cơ khởi động bằng tụ điện.

Cấu trúc bên trong: Tại sao tụ điện khởi động điện phân có chu kỳ làm việc ngắn

Tụ khởi động hầu như luôn là loại điện phân. Hai lá nhôm được ngăn cách bởi một miếng đệm xốp được ngâm trong chất điện phân dẫn điện. Lá anode có một lớp oxit khắc cung cấp điện dung cao trên một đơn vị thể tích. Cấu trúc này cho phép đặt một tụ điện khởi động 200 µF, 250 VAC vào một gói có kích thước bằng một cái lon nhỏ. Sự đánh đổi là chất điện phân không thể chịu được dòng điện gợn sóng liên tục mà không quá nóng. Các tụ điện khởi động được đánh giá cho các chu kỳ làm việc ngắn, thường được biểu thị bằng số lần khởi động tối đa mỗi giờ hoặc phần trăm chu kỳ làm việc, chẳng hạn như 3 phần trăm .

Ngược lại, chạy tụ điện sử dụng màng polypropylen kim loại. Chúng có điện dung trên mỗi thể tích thấp hơn nhưng có thể xử lý gợn sóng AC liên tục trong nhiều năm. Đó là lý do tại sao bạn không thể thay thế tụ điện khởi động bằng tụ điện khởi động có cùng mức microfarad và ngược lại. Một tụ điện đang chạy buộc phải khởi động sẽ nhanh chóng bị hỏng vì màng của nó không thể chịu được dòng điện khởi động cao. Tụ điện khởi động còn lại trong mạch khi tụ điện chạy sẽ quá nóng và thoát hơi.

Các nhà sản xuất tụ điện chạy và khởi động động cơ AC CBB60 Tụ điện chì kết hợp CBB60 450V B S0 Tụ điện chì kết hợp CBB60 450V B S0 này, nói một cách đơn giản, là một "bộ lưu trữ năng lượng" và "bộ tăng áp" không thể thiếu cho động cơ AC... Xem sản phẩm →

Đối với các ứng dụng hoạt động liên tục trong đó động cơ cần dịch pha vĩnh viễn, các tụ điện màng như dòng CBB60 là lựa chọn chính xác. Chúng có sẵn trong vỏ nhôm hoặc nhựa với dây dẫn đôi, đầu nối chèn hoặc đầu nối vít và chúng được thiết kế để hoạt động ở tần số 50/60 Hz với điện dung ổn định trong hàng nghìn giờ.

Xếp hạng chính bạn phải phù hợp: Điện dung, điện áp và chu kỳ nhiệm vụ

Việc chọn tụ điện khởi động không chỉ đơn giản là tìm ra cùng một giá trị microfarad. Đánh giá điện áp, chu kỳ làm việc và lắp đặt vật lý đều quan trọng. Bảng dưới đây so sánh các thông số quan trọng của tụ điện khởi động và tụ điện chạy để bạn có thể tránh sử dụng sai dẫn đến hỏng hóc lặp lại.

Đánh giá điện áp xứng đáng được chú ý đặc biệt. Một tụ điện khởi động được đánh dấu 250 VAC được thiết kế cho mạch 240 VAC có biên độ nhất định. Sử dụng tụ điện 125 VAC trên đường dây 240 V sẽ gây ra sự cố ngay lập tức. Đi lên cao hơn, chẳng hạn như tụ điện 330 VAC trên mạch 240 V, nói chung là an toàn và có thể kéo dài tuổi thọ vì chất điện môi ít bị căng thẳng hơn. Tuy nhiên, mức điện áp cao hơn thường đi kèm với kích thước vật lý lớn hơn, vì vậy hãy kiểm tra không gian lắp đặt.

Dung sai điện dung thường là ±20 phần trăm cho tụ điện khởi động. Một số thiết kế động cơ rất nhạy cảm với giới hạn trên của dung sai đó. Nếu tụ điện ban đầu là 200 µF thì việc thay thế tụ điện trong khoảng từ 180 đến 220 µF thường được chấp nhận. Không thể thay thế 150 µF. Nếu bạn không thể tìm thấy giá trị chính xác, hãy chọn giá trị tiêu chuẩn cao hơn tiếp theo thay vì giá trị thấp hơn, nhưng vẫn nằm trong khoảng 20 phần trăm để tránh dòng điện cuộn dây khởi động quá cao.

Tụ điện khởi động và tụ điện chạy: Những khác biệt quan trọng bạn không thể bỏ qua

Sai lầm đắt giá nhất trong sửa chữa động cơ là nhầm lẫn tụ điện khởi động với tụ điện đang chạy. Chúng trông giống nhau, cả hai đều có hai thiết bị đầu cuối và cả hai đều được đo bằng microfarad. Nhưng cấu trúc bên trong và nhiệm vụ dự định của họ không thể khác hơn được. Một tụ điện khởi động được chế tạo cho dòng điện khởi động cao trong vài giây. Một tụ điện chạy được chế tạo cho dòng điện gợn liên tục ở cường độ thấp hơn. Nếu bạn lắp một tụ điện chạy trong mạch khởi động, nó có thể sẽ bị hỏng trong vài ngày vì màng không thể xử lý việc khởi động dòng điện cao lặp đi lặp lại. Nếu bạn lắp đặt tụ điện khởi động trong mạch đang chạy, nó sẽ quá nóng, thoát hơi và có thể phát nổ do chất điện phân sôi trong điều kiện xoay chiều liên tục.

Một số máy nén điều hòa không khí sử dụng tụ điện chạy kép, thường là loại CBB65, chứa hai phần tụ điện trong một hộp: phần máy nén kín và phần quạt. Đó không phải là tụ điện khởi động. Nó là một cặp tụ điện chạy chung một vỏ. Không kết nối tụ điện chạy kép thay cho tụ điện khởi động trừ khi bảng tên động cơ yêu cầu cụ thể cấu hình tụ điện chia đôi vĩnh viễn. Đối với máy nén điều hòa không khí và máy lạnh cần khởi động cứng, một tụ điện khởi động riêng và rơle được bổ sung vào mạch tụ điện chạy.

Nhà sản xuất tụ điện chống cháy nổ AC CBB65 Cbb65 5uf 370v S2 UL Vỏ nhôm chống cháy nổ 2 2 cực Tụ điện này về cơ bản hoạt động như một "bơm lưu trữ năng lượng ổn định điện áp" trong mạch truyền động động cơ... Xem sản phẩm →

Khi thay thế tụ điện đang chạy trong máy điều hòa không khí, máy giặt hoặc máy bơm nước, tụ điện chống cháy nổ CBB65 hoặc tụ điện động cơ CBB60 cung cấp các tính năng an toàn và định mức hoạt động liên tục cần thiết. Các tụ điện màng này có sẵn với các đầu nối chèn, dây dẫn hoặc đầu nối vít để phù hợp với cách lắp đặt ban đầu.

Các triệu chứng lỗi và những gì chúng cho bạn biết về mạch điện

Tụ điện khởi động hiếm khi bị hỏng mà không có cảnh báo. Các triệu chứng diễn ra theo một kiểu có thể dự đoán được vì động cơ mất đi sự dịch pha. Dưới đây là những dấu hiệu phổ biến nhất, được xếp hạng theo tần suất chúng xuất hiện trong các cuộc gọi dịch vụ.

• Động cơ kêu ù nhưng không quay. Rôto bị khóa do thiếu dòng điện cuộn dây khởi động hoặc quá nhỏ để tạo ra từ trường quay. Kiểm tra tụ điện khởi động trước, sau đó là công tắc ly tâm.
• Quá tải sẽ xảy ra sau 5 đến 15 giây. Động cơ rút ra dòng điện rôto bị khóa, thường là 6 đến 8 lần dòng điện đầy tải. Bộ gia nhiệt hoặc cầu dao quá tải mở ra để bảo vệ cuộn dây.
• Vỏ tụ điện bị phồng, nứt hoặc rò rỉ chất điện phân. Điều này cho thấy tụ điện đã bị quá điện áp hoặc quá nóng. Thay thế nó và kiểm tra xem công tắc ly tâm có bị dính không.
• Mùi cháy gần hộp thiết bị đầu cuối động cơ. Tụ điện khởi động có thể đã có lỗ thông hơi. Ngắt kết nối nguồn ngay lập tức và không cố gắng khởi động lại cho đến khi thay tụ điện.
• Động cơ khởi động chậm hoặc chỉ khi bạn quay trục bằng tay. Điều này cho thấy tụ điện khởi động đã mất điện dung nhưng chưa mở hoàn toàn hoặc mạch quấn khởi động có điện trở cao.

Nếu động cơ kêu vo vo và tụ điện trông ổn, đừng bỏ qua công tắc ly tâm. Một công tắc không đóng được sẽ khiến tụ điện khởi động không thể kết nối được. Một công tắc không mở được sẽ giữ tụ điện khởi động trong mạch, khiến nó quá nóng trong vòng vài phút. Cả hai điều kiện đều bắt chước một tụ điện kém theo quan điểm của người vận hành.

Cách kiểm tra tụ điện khởi động một cách an toàn

Việc kiểm tra tụ điện khởi động đòi hỏi phải xả nó trước. Ngay cả sau khi mất điện, tụ điện vẫn có thể tích điện nguy hiểm. Thực hiện theo các bước sau theo thứ tự.

1. Ngắt toàn bộ nguồn điện vào động cơ. Khóa ngắt kết nối nếu có thể. Xác minh bằng máy kiểm tra điện áp không tiếp xúc xem các cực đã được ngắt điện chưa.
2. Xả tụ điện bằng cách sử dụng 20kΩ, 5W điện trở trên các thiết bị đầu cuối trong ít nhất 10 giây. Không rút ngắn các thiết bị đầu cuối bằng tuốc nơ vít; có thể làm hỏng tụ điện và tạo ra nguy cơ tia lửa điện.
3. Ngắt kết nối một dây dẫn khỏi tụ điện để cách ly nó khỏi mạch điện. Lưu ý hướng đầu cuối để lắp lại.
4. Đặt đồng hồ vạn năng kỹ thuật số sang chế độ điện dung. Kết nối dây dẫn thử nghiệm với các cực của tụ điện. Quan sát việc đọc. Một tụ điện khởi động tốt nên đọc bên trong ±20 phần trăm giá trị bảng tên của nó.
5. Nếu số đọc bằng 0 hoặc rất thấp thì tụ điện bị chập. Nếu số đọc mở (OL), tụ điện đã mở không thành công. Cả hai điều kiện đều yêu cầu thay thế.
6. Kiểm tra vỏ máy xem có bị phồng, nứt hoặc rò rỉ chất điện phân không. Bất kỳ hư hỏng vật lý nào đều có nghĩa là phải thay thế, ngay cả khi kết quả đọc điện dung có vẻ chấp nhận được.
7. Kiểm tra công tắc ly tâm nếu tụ điện kiểm tra tốt nhưng động cơ vẫn không khởi động. Khi động cơ đã được ngắt điện, hãy kích hoạt công tắc theo cách thủ công và xác minh trạng thái thay đổi tính liên tục.

Đồng hồ đo điện dung là công cụ nhanh nhất cho công việc này, nhưng đồng hồ vạn năng tương tự được đặt thành điện trở cũng có thể cho thấy tụ điện bị chập hoặc hở mạch. Khi bạn kết nối đồng hồ analog, kim sẽ nhảy về 0 và sau đó từ từ leo trở lại vô cực khi tụ điện tích điện. Kim vẫn ở mức 0 biểu thị điểm ngắn. Kim không di chuyển chứng tỏ mạch hở.

Lựa chọn và thay thế: Phù hợp với đặc điểm kỹ thuật ban đầu

Khi tụ điện khởi động bị hỏng, cách an toàn nhất là thay thế nó bằng tụ điện phù hợp với định mức microfarad, định mức điện áp và cách lắp đặt vật lý ban đầu. Dưới đây là những chi tiết quan trọng nhất.

• Điện dung: Phù hợp trong vòng 20 phần trăm. Đi thấp hơn làm giảm mô-men xoắn khởi động. Việc tăng cao hơn sẽ làm tăng dòng khởi động cuộn dây và có thể gây ra quá tải.
• Điện áp: Bằng hoặc cao hơn. Tụ điện 330 VAC có thể thay thế tụ điện 250 VAC. Không bao giờ đi thấp hơn. Điện áp cao hơn mang lại nhiều biên độ hơn chống lại quá độ đường dây.
• Chu kỳ nhiệm vụ: Các tụ điện khởi động được đánh giá cho nhiệm vụ ngắn hạn. Không thay thế tụ điện đang chạy trừ khi động cơ được thiết kế để hoạt động bằng tụ điện chia đôi vĩnh viễn.
• Loại thiết bị đầu cuối: Khớp với bản gốc: kết nối nhanh 1/4 inch, đầu nối vít hoặc dây dẫn. Kết nối kém gây ra hồ quang và hư hỏng sớm.
• Nhiệt độ hoạt động: Kiểm tra nhiệt độ định mức của tụ điện. Tụ điện được định mức ở 65°C sẽ không tồn tại được trong môi trường 85°C. Chọn mức nhiệt độ cao hơn khi có thể.

Đối với động cơ sử dụng tụ điện chạy liên tục, chẳng hạn như động cơ trong máy giặt, máy bơm nước và máy điều hòa không khí, tụ điện dòng CBB60 và CBB61 được thiết kế để có tuổi thọ cao. Tụ động cơ vuông CBB61 thường gặp trong động cơ quạt và quạt gió, trong khi tụ chống cháy nổ CBB65 là tiêu chuẩn cho máy nén điều hòa. Khi yêu cầu thay thế, hãy xác nhận kích thước vỏ và tai lắp vì tụ điện vừa khít điện nhưng không phù hợp về mặt cơ học sẽ không giữ nguyên vị trí.

Nhà sản xuất tụ điện quạt động cơ vuông AC Cbb61 Thiết bị đầu cuối Cbb61 2uf 450V S3 2 2 Đây là tụ điện khởi động và chạy rất phổ biến trong các mạch điện tử công suất. Nói một cách đơn giản, nó hoạt động giống như một "máy gia tốc tác dụng nhanh"... Xem sản phẩm →

Câu hỏi thường gặp

Điều gì xảy ra nếu tôi sử dụng tụ điện khởi động sai kích thước?

Một tụ điện quá nhỏ sẽ không tạo ra đủ độ lệch pha, do đó động cơ sẽ tạo ra mô-men xoắn khởi động yếu, tiếng ồn và tạo ra dòng điện cao. Tụ điện quá lớn sẽ đẩy dòng điện quá mức qua cuộn dây khởi động, điều này có thể làm cuộn dây quá nóng và gây ra tình trạng quá tải. Trong cả hai trường hợp, động cơ có thể không khởi động được hoặc có thể chỉ khởi động khi không tải. Luôn nằm trong khoảng 20 phần trăm giá trị microfarad trên bảng tên.

Động cơ có thể chạy mà không cần tụ điện khởi động không?

Chỉ khi động cơ là động cơ có tụ điện chia đôi cố định hoặc động cơ có cực bị che. Động cơ khởi động bằng tụ điện cần tụ điện khởi động để tạo ra mô-men xoắn ban đầu. Nếu không có nó, động cơ sẽ không thể khởi động ở trạng thái dừng dưới tải. Một số động cơ sẽ khởi động nếu bạn quay trục bằng tay, nhưng đó không phải là giải pháp an toàn hoặc thiết thực.

Một tụ điện khởi động nên kéo dài bao lâu?

Tụ điện khởi động chất lượng trong động cơ được bảo trì đúng cách có thể tồn tại lâu dài 5 đến 10 năm hoặc hơn thế nữa. Các yếu tố làm giảm tuổi thọ bao gồm khởi động thường xuyên, nhiệt độ môi trường cao, quá điện áp và công tắc ly tâm bị kẹt giúp giữ tụ điện trong mạch sau khi động cơ đạt tốc độ.

Tại sao tụ điện khởi động của tôi liên tục bị hỏng?

Lỗi lặp đi lặp lại thường chỉ ra vấn đề về mạch điện hơn là do lô tụ điện bị hỏng. Kiểm tra công tắc ly tâm xem có đóng chặt không, xác minh điện áp đường dây không quá cao và xác nhận tụ điện thay thế có định mức điện áp chính xác. Động cơ khởi động nhiều lần trong một giờ có thể cần tụ điện có định mức chu kỳ làm việc cao hơn hoặc phương pháp khởi động khác.

Điện áp thấp có thể làm hỏng tụ điện khởi động không?

Điện áp thấp làm giảm mô-men xoắn khởi động và khiến động cơ tiêu thụ dòng điện cao hơn trong thời gian dài hơn. Tụ điện khởi động ở trong mạch lâu hơn, làm tăng nhiệt độ. Khởi động ở điện áp thấp kéo dài sẽ làm giảm tuổi thọ của tụ điện. Nếu điện áp nguồn luôn thấp hơn định mức trên bảng tên động cơ, hãy điều chỉnh điện áp trước khi thay tụ điện lại.

Tôi cần những công cụ gì để kiểm tra tụ điện khởi động?

Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số với chế độ điện dung là công cụ tiện lợi nhất. Đồng hồ vạn năng tương tự cũng có thể được sử dụng để kiểm tra các điều kiện ngắn hoặc mở. Bạn cũng cần một điện trở phóng điện (20 kΩ, 5 W), tua vít cách điện và máy kiểm tra điện áp không tiếp xúc. Nên sử dụng kính an toàn vì tụ điện bị hỏng có thể làm thông hơi chất điện phân.

Tụ điện khởi động hoạt động bằng cách tạo ra sự lệch pha giúp động cơ một pha có từ trường quay cần thiết để tăng tốc từ trạng thái dừng. Sự chuyển pha đó chỉ kéo dài vài giây, đó là lý do tại sao các tụ điện khởi động sử dụng cấu trúc điện phân và được đánh giá cho chu kỳ làm việc ngắn. Khi động cơ kêu vo vo nhưng không khởi động, tụ điện khởi động là thành phần đầu tiên cần kiểm tra. Khớp chính xác giá trị microfarad, định mức điện áp và chu kỳ hoạt động, đồng thời kiểm tra công tắc ly tâm khi bạn đang ở trong hộp thiết bị đầu cuối.

Đối với các tụ điện hoạt động liên tục trong các thiết bị, máy bơm và hệ thống điều hòa không khí, các tụ điện màng như dòng CBB60, CBB61 và CBB65 cung cấp điện dung ổn định và tuổi thọ dài. Chúng có sẵn với nhiều kiểu dáng vỏ, cấu hình đầu cuối và tùy chọn lắp đặt để phù hợp với thiết bị gốc. Thay thế một tụ điện bị hỏng bằng đúng loại là sự khác biệt giữa một động cơ chạy được nhiều năm và một động cơ lại hỏng vào tháng sau.