5. Hoe wordt de condensator berekend in een Steinmetz-schakeling?
Formule voor de bedrijfscondensator in de Steinmetz-schakeling
Voor de Steinmetz-schakeling moet het motorcircuit, ster- of driehoekschakeling, worden aangepast aan de bestaande netspanning, die in Europa meestal 230 V is. Als bedrijfscondensator is een metalen papiercondensator conform DIN EN 60252-1 (VDE 0560-8:2011-10) toegestaan, die op de derde vrije aansluiting van de motor wordt aangesloten 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, met verwijzing naar DIN 48501, die jaren geleden is ingetrokken, 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:
met de hoekfrequentie
In het Steinmetz-circuit kan de motor, afhankelijk van de spoelspanning, in een driehoek- of sterschakeling werken. De driehoekschakeling heeft de voorkeur.
Delta-aansluiting
Driehoekschakeling - richtingsomkering
Steraansluiting
Halve sterschakeling
Een hulpfase wordt gegenereerd door de condensator. In plaats van 120° heeft deze echter slechts een faseverschuiving van minder dan 90°. Dit betekent dat er slechts een ellipsvormig 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 delta- of sterconfiguratie werken. De driehoekschakeling heeft de voorkeur. De condensator en de spoel van de motor vormen samen een resonantiekring in serie. Tijdens bedrijf wordt er een piekspanning van maximaal 330 V gegenereerd op de condensator bij 230 V netspanning. Om te voorkomen dat hij kapot gaat, moet hij berekend zijn op de hoogste spanning die optreedt. Aangezien de gebruikte condensatoren van metaalpapier in de loop der jaren verouderen, wordt een veiligheidsmarge van 70 V tot 80 V toegevoegd. Voor 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.