خازن خشک و خازن دائم کار چیست؟ (+تفاوت و کاربرد)

خازن پمپ آب یا انباره وسیله‌ای الکتریکی است که قادر است بار الکتریکی یا انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کند. خازن شامل دو صفحه‌ی موازی فلزی است که در میان آن‌ها لایه‌ای از هوا یا عایق وجود دارد. خازن‌ها انرژی الکتریکی را در خود نگه می‌دارند و تحت شرایط خاصی، انرژی الکتریکی ذخیره شده در خود را آزاد می‌کنند و همینطور از انباره ‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌کنند. البته از خازن‌های موجود در مدارها به‌عنوان فیلتر نیز استفاده می‌شود، زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنال‌های متناوب را عبور می‌دهند و مانع عبور سیگنال‌های مستقیم می‌شوند. در ادامه به بررسی تفاوت و کاربرد خازن روغنی دائم و خازن خشک استارت می‌پردازیم.

انواع خازن

انواع زیادی خازن در مدار‌های الکتریکی به کار می‌روند که قادرند میدان‌های الکتریکی را در حجم‌های کوچک نگه دارند و همجنین انرژی را در خود ذخیره کنند. بیشتر موتورهای صنعتی، موتورهای تک فاز هستند که به خاطر داشتن انباره و ذخیره‌ی انرژی و همچنین کلید گریز از مرکز یا کلاج از اهمیت بالایی برخوردارند. در الکتروموتورها دو نوع انباره وجود دارد؛ خازن استارت و دائم

خازن خشک یا استارت یا خازن راه انداز

این نوع انباره‌ها جهت کار متناوب و غیر دائم به کار می‌روند و دارای ظرفیت زیاد و ولتاژ کم نسبت به خازن‌های دائم یا روغنی هستند و به طور لحظه‌ای وارد مدار می‌شوند و همراه سیم‌پیچ استارت از مدار خارج می‌گردند. خازن استار یا خشک با سیم‌پیچ استارت سری بسته می‌شود و در موتورهایی که سیم‌پیچ آن‌ها از مدار خارج می‌شود، کاربرد دارند. این انباره‌ها در رله‌های جریانی و ولتاژی استفاده می‌شوند و حداکثر استارت خازن راه انداز یا خشک حدود شش تا ده بار در ساعت است.

در موتورهای تک فاز القایی دو نوع سیم‌پیچ کمکی و اصلی وجود دارد که برای ایجاد چرخش یا گشتاور و راه اندازی موتور، به یک اختلاف فاز جریانی بین سیم پیچ کمکی و اصلی نیاز دارد. این اختلاف فاز توسط خازن استارت یا راه انداز ایجاد می‌شود.

خازن‌های استارت یا راه انداز نسبت به ابعادشان دارای ظرفیت خازنی و همچنین ولتاژ بالا هستند. این خازن‌ها به صورت موقت در مدار قرار می‌گیرند. به همین دلیل اگر در زمان طولانی تحت جریان قرار داشته باشند، آسیب می‌بینند، به همین دلیل از یک کلید گریز از مرکز یا همان کلاج استفاده می‌شود تا پس از راه اندازی، انباره را از مدار خارج کند.

بنابراین خازن استارت در طول مرحله‌ی راه اندازی موتور استفاده می‌شود و بعد از این که روتور یا چرخانه به سرعت از پیش تعیین شده رسید، خازن از مدار خارج می‌شود. این خازن‌ها بسته به کاربردشان ممکن است ولتاژهای مختلفی داشته باشند.

اکثر موتورهای الکتریکی دارای خازن راه اندازی با ظرفیت 50 تا 1200 میکروفاراد و در ولتاژهای 110 تا 125، 165، 220 تا 230 و 330 ولت AC هستند.

خازن دائم یا الکترولیتی (روغنی)

خازن های دائم توسط موتورهای AC یا جریان متناوب تک فاز، برای بهینه کردن گشتاور و راندمان موتور استفاده می‌شوند و به صورت پیوسته در مدار وجود دارند به همین دلیل میزان خرابی خازن های دائم بسیار کمتر از خازن ‌های راه انداز است. بدنه‌ی این انباره‌ها فلزی یا آلومینیومی و در برخی موارد پلاستیکی است و خروجی دارای دو تا چهار ترمینال با سایز سه و شش بوده و یا دارای کابل هستند. اغلب موتورهای الکتریکی دارای خازن دائمی با ظرفیت 1 تا 100 میکروفاراد و ولتاژ 400 تا 550 ولت هستند.

خازن های دائم پس از قطع شدن خازن استارت یا راه انداز توسط سوپاپ گریز از مرکز، به سیم پیچی کمکی متصل باقی می‌مانند. ماهیت انباره های دائم کار به گونه‌ای است که برای کار مداوم طراحی شده و حتی زمانی که موتور خاموش می‌شود نیز نیروی کار خود را حفظ می‌کنند و این امر دلیلی است برای اجتناب از کاربرد خازن‌های الکترولیتی و استفاده از خازن‌های پلیمری کم مصرف به جای آن.

در کولرهای گازی دونوع خازن روغنی به کار می‌رود. ابتدا، خازن روغنی کمپرسور که ظرفیت آن در مدل‌های مختلف بین 25 تا 60 میکروفاراد است و دوم، خازن روغنی فن که ظرفیت آن در مدل‌های مختلف بین 3 تا 7 میکروفاراد است. البته خازن‌ها در کولر پنجره‌ای به صورت جداگانه و یا مشترک نیز قابل استفاده می‌باشند. برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید به مقاله خازن روغنی چیست از سایت الین پمپ مراجعه کنید.

نحوه کارکرد خازن استارت و روغنی

یک موتور تک فاز القایی دارای سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه است. برای ایجاد گشتاور و راه‌اندازی یک موتور، لازم است که یک اختلاف فاز جریانی بین سیم‌پیچ کمکی و سیم‌پیچ اصلی وجود داشته باشد.

اگر سیم‌پیچ‌های متصل به منبع AC بدون خازن باشند، هر دو سیم‌پیچ، میدان مغناطیسی هم‌فاز تولید می‌کنند و در نتیجه گشتاور صفر خواهد شد. اما اگر انباره به صورت سری به سیم‌پیچ ثانویه متصل شود، میدان مغناطیسی ضعیف‌تری نسبت به سیم پیج اولیه تولید می‌کند. این تفاوت در فازها، گشتاور شروع را ایجاد کرده و در نتیجه موتور شروع به چرخش می‌کند.

باید توجه داشت که خازن‌های استارت اجازه می‌دهند یک موتور شروع به چرخش کند و معمولا موتورهای کوچک‌تر دارای انباره‌های استارتی هستند که به صورت سری، به طور مداوم به سیم‌پیچ ثانویه متصل است، ولی از آنجا که موتورهای بزرگ برای تولید گشتاور نیاز به یک انباره‌ی بزرگ‌تر دارند، بنابراین با خازن دائم بهتر کار می‌کنند.

اغلب هر دو انباره در یک میله قرار می‌گیرند و دارای سه ترمینال به جای دو ترمینال هستند. در واقع این موتورها یک سوپاپ گریز از مرکز دارند که وقتی موتور به 70 تا 75 درصد از سرعت کامل خود می‌رسد، خازن استارت را قطع می‌کنند. خازن های استارت معمولا اندازه‌ای بیشتر از 100 میکروفاراد دارند، در حالی که خازن های دائم کوچکتر از 25 تا 47 میکروفاراد هستند.

کاربرد خازن دائم و راه انداز

موتورهایی با انباره‌های بزرگ استارت، وقتی گشتاور قابل توجهی برای شروع بارگذاری ایجاد می‌کنند، کاربردهای متفاوتی دارند، مثل نقاله‌های مکانیکی، دمنده‌های کمربندی و درب بازکن گاراژهای تجاری. در این موارد، اغلب از خازن‌های الکترولیتی استفاده می‌شود که در داخل یک پلاستیک یا یک قوطی فلزی قرار گرفته‌اند. درون قوطی دو فویل فلزی وجود دارد که با یک عایق شبیه کاغذ جدا شده‌اند. کاغذ، آغشته به یک الکترولیت، دی الکتریک انباره را تشکیل می‌دهد. دو فویل فلزی به دو ترمینال متصل می‌شوند و دستگاه با اپوکسی آب‌بندی شده و دو ترمینال برای اتصال برق خارجی در دسترس هستند.

از طرف دیگر مجموعه فناوری‌های مربوط به گرمایش، سرمایش، تهویه و تهویه مطبوع نیاز به دو خازن دائم دارند، چرا که آن‌ها یک موتور فن و یک موتور کمپرسور دارند. سازندگان این محصولات برای صرفه‌جویی در فضا، دو انباره فیزیکی را به یک کانال واحد متصل می‌کنند. این خازن‌های دوگانه تنوع فراوانی دارند و در اشکال استوانه‌ای با مقطع گرد یا بیضی یافت می‌شوند.

تفاوت خازن روغنی و خشک در چیست؟

یکی از تفاوت‌های بین این دو خازن مربوط به ظرفیت آن‌ها است. انواع انباره های استارت معمولاً ظرفیتی بیش از 70 میکروفاراد دارند. در حالی که خازن‌های دائم دارای گنجایش یا ظرفیت کمتر از آن و در محدوده‌ی بین 1.5 تا 100 میکروفاراد هستند. انتخاب مقدار ظرفیت اشتباه برای یک موتور منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی نامتعادل می‌‍‌‌شود که این امر خود موجب تولید سروصدای زیاد از موتور و افت عملکرد و همچنین افزایش مصرف انرژی و در نتیجه گرم شدن بیش از حد موتور می‌گردد.

انباره ‌های استارت یا راه انداز مقدار زیادی از ظرفیت خازنی مورد نیاز برای راه‌اندازی موتور را در یک بازه زمانی خیلی کوتاه در حد چند ثانیه دارا هستند و کارکرد دوره‌ای دارند و اگر به صورت پیوسته در مدار زیر ولتاژ قرار گیرند کارایی خود را از دست داده و به سرعت خراب می‌شوند. در حالی که خازن‌های دائمی برای کنترل ولتاژ و جریان سیم پیچی به صورت دائم مورد استفاده قرار می‌گیرند و چرخه‌ی کار پیوسته دارند. خازن‌های دائم نسبت به خازن‌های راه انداز، مقدار ظرفیت خازنی بسیار کمتری دارند.

تفاوت دیگری که بین خازن دائم و استارت وجود دارد، مربوط به کاربرد این آن‌ها است. به عبارت دیگر خازن‌های استارت و دائم در موتورهای القایی تک فاز استفاده می‌شوند که فقط در موتورهای کم قدرت کاربرد دارند. به این علت که این نوع موتورها حدود 2 تا 4 برابر کارآیی کمتری نسبت به موتورهای AC سه فاز دارند. به طور کلی انباره های استارت و دائم در لوازمی مثل موتورهای پرقدرت، ماشین‌های لباسشویی، خشک کن‌ها، ماشین‌های ظرفشویی، جارو برقی‌ها، تهویه‌ی مطبوع و کمپرسورها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از مقایسه‌ی انباره‌ی دائم و استارت می‌توان به این نتیجه رسید که انباره استارت برای راه‌اندازی موتور به کار می‌رود و دارای مقدار قابل توجهی از ظرفیت خازنی مورد نیاز در بازه‌ی زمانی کوتاه هستند و باید به صورت دوره‌ای تحت ولتاژ قرار گیرد. درحالی که خازن دائم به صورت پیوسته مورد استفاده قرار می‌گیرد و مقدار ظرفیت خازنی بسیار کمتری نسبت به خازن استارت یا راه انداز دارند.

طول عمر خازن دائم و استارت

در هنگام خرید پمپ آب توجه به این نکته ضروری است که در بیشتر موارد خازن‌های دائمی که در کارخانه بر روی موتور نصب می‌شوند، طول عمر بسیار کوتاهی دارند و حتی ممکن است خازن‌هایی با عمری به کوتاهی هزار ساعت در کارخانه نصب شوند. نیمه عمر یک انباره خوب با یک برند معتبر حدود سی تا شصت هزار ساعت کارکرد است. البته فاکتورهایی دیگری نیز وجود دارند که اگر به خوبی رعایت شوند به میزان قابل توجهی طول عمر خازن روغنی دائم را افزایش می‌دهند.

طول عمر خازن راه انداز یا خشک از نوع دائم کوتاه‌تر است و خازن خشک استارت موتور معمولا زودتر از نوع دائم آن خراب می‌شود و به صورت واضح و مشخص آسیب می‌بینند. به همین دلیل تصمیم‌گیری در مورد عیب‌یابی و زمان تعویض آن خیلی وقت‌گیر نیست.

عوامل موثر در کاهش طول عمر خازن دائم

همه‌ی انباره‌‌ها طول عمر مشخصی دارند. عوامل مختلفی وجود دارد که باعث کاهش یا افزایش این طول عمر می‌شوند. زمان، دما، جریان و ولتاژ از عوامل موثر در کاهش طول عمر و خرابی خازن‌های دائم هستند.

زمان

همه خازن‌ها برای طول عمر مشخصی طراحی شده‌اند و عوامل متعددی این طول عمر را کاهش و یا افزایش ‌می‌دهد. اما هنگامی که عمر انباره افزایش می‌یابد از درون عملکرد آن کاهش می‌یابد و به مرور ظرفیت خازن خود را از دست می‌دهد.

دما

عبور از مرز دمایی که انباره برای کارکرد در آن محدوده طراحی شده است، موجب می‌شود تا طول عمر آن کاهش یابد. به طور کلی، موتورهایی که در محیط‌های داغ یا محیط‌های با تهویه‌ی کم کار می‌کنند، با کاهش طول عمر قابل توجهی مواجه می‌شوند. بنابراین با خنک کردن موتور و خازن توسط فن‌ها می‌توان از این اتفاق جلوگیری کرد و طول عمر انباره را افزایش داد.

جریان

خرابی موتور باعث اضافه بار خازن می‌شود. البته این مورد خیلی نادر است و معمولا کم اتفاق می‌افتد. در صورتی که موتور به صورت جزئی یا کلی در سیم پیچ‌ها دچار آسیب شود یا موتور متحمل اضافه بار شود، جریان افزایش می‌یابد و باعث کاهش طول عمر انباره می‌شود.

ولتاژ

ولتاژ به تنهایی در کاهش طول عمر انباره بسیار موثر است. ولتاژ روی خازن دائم نباید از ولتاژ درج شده بر آن بیشتر باشد. به عنوان مثال اگر خازنی با مقدار 440 ولت در 450 ولت کار کند ممکن است عمر انباره تا 20 درصد کاهش یابد. در 460 ولت عمر خازن 50 درصد و در 470 ولت هفتادوپنج درصد کاهش می‌یابد و به همین منوال ادامه دارد. با کار کردن خازن در ولتاژی کمتر از ولتاژ درح شده روی آن می‌توان طول عمر خازن را افزایش داد.

عوامل موثر در کاهش طول عمر خازن خشک

• قرار گرفتن خازن راه انداز در مدت زمان زیاد در سیکل‌های راه‌انداز
• کاهش ظرفیت انباره به علت فرسودگی و استهلاک

زمان تعویض خازن دائم

معمولا خازن روغن دائمی موتور دیرتر از راه انداز خراب می‌شود و البته به روش‌های متفاوتی خراب و فرسوده می‌شود. پیدا کردن زمان تعویض آن نسبت به راه انداز بسیار مشکل است و به بررسی بیشتری نیاز دارد، در صورتی که خازن‌های راه انداز معمولا هنگامی که خراب می‌شوند به صورت واضح و مشخص آسیب می‌بینند و به همین دلیل نیاز به عیب‌یابی و بررسی‌های زمان‌گیر نیست.

هنگامی که یک خازن روغنی دائم شروع به کار در خارج از محدوده‌ی مجاز می‌کند، معمولا به صورت کاهش ظرفیت نسبت به مقدار ظرفیت خازنی نامی، خود را نشان می‌دهد. یعنی میکروفاراد آن کاهش می‌یابد. برای اغلب موتورهای استاندارد، یک انباره‌ی دائم، دارای تلرانسی است که نشان دهنده‌ی مقدار انحراف از ظرفیت نامی درج شده بر روی بدنه‌ی آن است، که معمولا 10%± و 5 %± است. برای اغلب موتور‌ها، تا هنگامی که مقدار ظرفیت واقعی در محدوده‌ی اختلاف 10 درصد با مقدار نامی خود قرار دارد وضعیت خوب است، اما وقتی که خازن دائمی مورد استفاده، خارج از این محدوده قرار گیرد نیاز به تعویض است.

در برخی مواقع، به علت خراب شدن ساختمان انباره یا دلایلی غیر از این، خازن دائم به علت فشار درونی، باد می‌کند. آزمایش در این حالت بسیار ساده است. اگر انباره باد کرده زمان تعویض آن فرا رسیده است و اگر در اندازه‌گیری با اهم متر، اتصال باز یا عدم اتصال را نشان ‌دهد در این صورت نیز زمان تعویض خازن فرا رسیده است.

زمان تعویض خازن راه انداز

مواردی که بر زمان تعویض خازن خشک استارت تاثیر می‌گذارند.

• تعداد دفعاتی که موتور راه اندازی می‌شود.
• مقدار باری که در هنگام راه اندازی بر آن تحمیل می‌شود.
• دمای محیطی که موتور در آن کار می‌کند.

تعویض خازن استارت با دائم

در صورتی که میکروفاد خازن‌ها یکی باشد و در شرایط اضطراری و غیر عادی می‌توان یک انباره‌ی دائم را به عنوان راه‌انداز استفاده کرد، اما ظرفیت خازنی موجود بسیار کمتر از ظرفیتی است که معمولا به خازن‌های راه‌انداز اختصاص داده شده است. مقادیر نامی ظرفیت و ولتاژ باید منطبق بر مقادیر انباره استارت اصلی باشد ولی یک خازن استارت را نمی‌توان به عنوان دائم استفاده کرد چرا که انباره خشک یا راه انداز قادر نیست به صورت دائم زیر جریان و ولتاژ قرار گیرد چون در این صورت به زودی آسیب خواهد دید.

ویژگی‌های بارز یک انباره جهت جایگزینی

ویژگی‌های بارز یک انباره جهت جایگزین کردن در هنگام خرابی بسیار مهم است و شامل موارد زیر است.

• ولتاژ انباره اصلی یا ولتاژ بهره‌بردای
• مقدار ظرفیت خازنی بر حسب میکروفاراد
• فرکانس
• شکل بدنه و اندازه‌ی آن

ولتاژ خازن اصلی یا ولتاژ بهره‌بردای

ولتاژ باید حداقل برابر با ولتاژی باشد که در حین کار اندازه‌گیری می‌شود. موتوری که با ولتاژ 240 ولت کار می‌کند باید از یک انباره با حداقل ولتاژ 240 ولت استفاده کند. البته طراح موتور با توجه به این که مدار سیم‌پیچی استارت با خازن، تبادل انرژی می‌کند و گاهی ولتاژ خازن تا چند صد ولت و بیشتر از ولتاژ تغذیه افزایش می‌یابد، مقدار ولتاژ خازن را انتخاب کرده است؛ بنابراین باید ولتاژ خازن انتخابی جهت جایگزینی کمتر از ولتاژ خازن اورجینال روی موتور نباشد.

مقدار ظرفیت خازن بر حسب میکروفاراد

انباره جایگزین، باید کاملا منطبق بر انباره‌ی اصلی و اولیه باشد. مطلوب است جهت عملکرد مناسب الکتروموتور، خازن جایگزین، تلرانسی برابر و یا حتی کمتر از خازن اصلی داشته باشد.

فرکانس

تقریبا تمامی خازن‌ها دارای مقدار نامی فرکانس 50 تا 60 هرتز هستند و انباره‌‌ی جایگزین باید دارای فرکانس نامی شبکه‌ای باشد که موتور در آن به کار گرفته می‌شود.

شکل بدنه و اندازه

تقریبا تمامی انباره ‌های راه انداز دارای بدنه‌ی مدور هستند. خازن‌های دائم مدور نیز بسیار متداول هستند. اما موتورهای زیادی وجود دارند که در آن‌ها از طراحی بیضوی استفاده می‌شود. البته از لحاظ الکتریکی هیچ تفاوتی در انجام کار و نوع فعالیت ندارند و تنها محل قرارگیری و جا شدن در محل نصب است که مهم است و در نهایت اگر فضای جعبه‌ای که انباره در آن قرار می‌گیرد خیلی تنگ و محدود نباشد. نوع بدنه زیاد مهم نیست.

تشخیص خازن روغنی از خشک

چندین راه وجود دارد تا بتوانید خازن روغنی و حشک را از یکدیگر تشخیص دهید. اما در میان این فاکتورها، چهار مشخصه اصلی برای تشخیص وجود دارد که عبارت است از:

1. اغلب ظرفیتی که خازن خشک دارد بیش از ۱۰۰ میکروفاراد بوده و خازن روغنی ظرفیتی زیر ۱۰۰ میکروفاراد دارد.
2. ظرفیت موجود در خازن خشک بیشتر از خازن روغنی است.
3. خازن خشک دارای ظرفیت ولتاژ پایین یعنی کمتر از ۳۳۰ ولت است. در حالی که خازن روغنی ظرفیتی بیشتر از ۳۷۰ ولت دارد.
4. خازن خشک دارای جنس الکترولیتی است اما خازن دائم دائم کار یا روغنی همانطور که از نامش پیداست دارای جنس روغنی است.

راه های دیگر برای تشخیص خازن ها

• خازن های روغنی در رنج ظرفیت ۵ / ۲ – ۱۰۰ میکروفاراد و ولتاژ ۴۰۰ تا ۵۵۰ ولت هستند.
• خازن های روغی نسبت به خازن خشک، ظرفیت خازنی خیلی کمی دارند.
• خازن روغنی چون برای جریان سیم پیچی و کنترل ولتاژ به صورت مکرر و دائم مورد استفاده قرار می گیرند، چرخه پیوسته ای دارند.
• خازن های روغنی موتور تک فاز گشتاور را بهینه کرده و برای راندمان موتور مورد استفاده قرار می گیرد.
• خازن روغنی دارای بدنه فلزی آلمینیومی و در برخی مواقع پلاستیکی است. همچنین خروجی آن دارای دو تا ۴ ترمینال سایز ۶ ٫ ۳ بوده و یا دارای کابل هستند.
• خازن روغنی به طور پیوسته در مدار است.
• خازن های خشک، کارکرد دوره ای داشته و به طور پیوسته در مدار تحت ولتاژ قرار گرفته می شوند از این رو خرابی در این نوع خازن بیشتر است.

سوالات متداول

اصلی ترین تفاوت خازن خشک و دائم در چیست؟

با در نظر گرفتن شرایط و دیگر تفاوت آن ها، میزان عمر و بازدهی و ظرفیتی که دارند از اصلی ترین تفاوت ها به شمار می رود.

کدام یک از خازن ها طول عمر بیشتری دارد؟

در صورت رعایت فاکتور هایی که باید برای نصب و استفاده از خازن باید لحاظ شود، طول عمر خازن روغنی یا دائم بیشتر از خازن خشک یا راه انداز است.

عواملی که می تواند بر روی طول عمر یک خازن تاثیر بگذارد چیست؟

زمان، دما، جریان و ولتاژ از جمله عواملی هستند که بر روی کاهش عمر خازن تاثیر مثبتی دارد.