5. Hoe wordt de condensator berekend voor een Steinmetz-schakeling?

Kategorie: Elektromotoren - algemeen

Formule voor de bedrijfscondensator in de Steinmetz-schakeling

Voor het Steinmetz-circuit moet het motorcircuit, ster- of driehoekschakeling, worden afgestemd op de bestaande netspanning, die in Europa meestal 230 V bedraagt. Als bedrijfscondensator is een metalen papiercondensator volgens DIN EN 60252-1 (VDE 0560-8:2011-10) toegestaan, die wordt aangesloten op de derde vrije aansluiting van de motor en, afhankelijk van de gewenste draairichting, op de fasegeleider of de nulgeleider. Als de condensator op de fasegeleider is aangesloten, draait de motor naar rechts; als de condensator op de nulgeleider is aangesloten, draait hij naar links. In verschillende technische boeken en op forums wordt, onder verwijzing naar de jaren geleden ingetrokken DIN 48501, een richtwaarde van ongeveer 70 µF per 1 kW motorvermogen aanbevolen voor een bedrijfsspanning van 230 V. De algemene formule voor het berekenen van de bedrijfscondensator met de capaciteit C en een vermogen P van de elektromotor bij de nominale spanning U is

$C = \frac {2 P} {\sqrt{3} \, \omega \, U^2}$

met $\omega$ de hoekfrequentie

In het Steinmetz-circuit kan de motor in driehoek of ster worden geschakeld, afhankelijk van de spoelspanning. De driehoekschakeling heeft de voorkeur.

Driehoekschakeling

Driehoekschakeling - richtingsomkering

Steraansluiting

Halve sterschakeling

De condensator genereert een hulpfase. In plaats van 120° heeft deze echter slechts een faseverschuiving van minder dan 90°. Dit betekent dat er slechts een elliptisch draaiveld wordt gegenereerd, maar dit is voldoende om de motor een draairichting te geven zodat deze zelfstandig kan starten. Dit geeft de motor echter elliptische werkingskarakteristieken. Met de Steinmetz-schakeling kan de motor, afhankelijk van de spoelspanning, in drie- of stervorm werken. De driehoekschakeling heeft de voorkeur. De condensator en de spoel van de motor vormen samen een resonantiekring in serie. Tijdens bedrijf wordt op de condensator bij een netspanning van 230 V een piekspanning van maximaal 330 V gegenereerd. Om te voorkomen dat de condensator kapot gaat, moet hij berekend zijn op de hoogste spanning die optreedt.r.

Omdat de gebruikte condensatoren van metaalpapier in de loop der jaren verouderen, wordt een veiligheidsmarge van 70 V tot 80 V toegevoegd. Bij een netspanning van 230 V wordt daarom een condensator met een diëlektrische sterkte van minstens 400 V gebruikt. Door de condensator zijn de stromen in de afzonderlijke strings verschillend. De startstroom van de motor hangt af van het vereiste koppel en is een veelvoud van de nominale stroom. Aangezien de werking van grotere motoren leidt tot een hogere eenfasige belasting, is de werking van motoren met Steinmetz-schakeling beperkt tot 1,5 kW tot maximaal 2 kW, afhankelijk van de leverancier.