5. Miten kondensaattori lasketaan Steinmetzin piirissä?

Steinmetzin piirin käyttökondensaattorin kaava

Varten Steinmetzin piiri moottorin virtapiiri, tähti- tai kolmiokytkentä, on sovitettava olemassa olevaan verkkojännitteeseen, joka Euroopassa on yleensä 230 V. Käyttökondensaattoriksi sallitaan DIN EN 60252-1:n (VDE 0560-8:2011-10) mukainen metallipaperikondensaattori, joka kytketään moottorin kolmanteen vapaaseen liitäntään ja halutusta pyörimissuunnasta riippuen vaihejohtimeen tai nollajohtimeen. Jos kondensaattori kytketään vaihejohtimeen, moottori pyörii oikealle; jos kondensaattori kytketään nollajohtimeen, moottori pyörii vasemmalle. Useissa teknisissä kirjoissa ja foorumeilla suositellaan jo vuosia sitten kumotun DIN 48501 -standardin mukaisesti ohjearvoksi noin 70 µF 1 kW:n moottoritehoa kohti 230 V:n käyttöjännitteelle. Yleinen kaava käyttökondensaattorin laskemiseksi kapasitanssin C ja sähkömoottorin tehon P avulla nimellisjännitteellä U on seuraava:

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

$\omega$ on kulmataajuus

Steinmetzin piirissä moottoria voidaan käyttää joko kolmi- tai tähtikokoonpanossa kelan jännitteestä riippuen. Kolmiokytkentä on suositeltavampi.

Kolmiokytkentä

Kolmiokytkentä - suunnanvaihto

Tähtikytkentä

Puolitähti kytkentä

Kondensaattori tuottaa apuvaiheen. Sen vaihe siirtyy kuitenkin 120°:n sijasta vain alle 90°. Tämä tarkoittaa, että syntyy vain elliptinen pyörivä kenttä, mutta tämä riittää antamaan moottorille pyörimissuunnan, jotta se voi käynnistyä itsenäisesti. Tämä antaa moottorille kuitenkin elliptiset käyttöominaisuudet. Steinmetzin piirin avulla moottoria voidaan käyttää joko kolmi- tai tähtikokoonpanossa kelan jännitteestä riippuen. Kolmiopiiriä suositaan. Kondensaattori ja moottorin kela muodostavat yhdessä sarjaresonanssipiirin. Käytön aikana kondensaattoriin syntyy 230 V:n verkkojännitteellä jopa 330 V:n huippujännite. Jotta kondensaattori ei tuhoutuisi, se on mitoitettava korkeimmalle esiintyvälle jännitteelle. Koska käytetyt metallipaperikondensaattorit vanhenevat vuosien mittaan, niihin lisätään 70-80 V:n varmuusmarginaali. 230 V:n verkkojännitettä varten käytetään siis kondensaattoria, jonka dielektrinen lujuus on vähintään 400 V. Kondensaattorin ansiosta yksittäisten säikeiden virrat ovat erilaiset. Moottorin käynnistysvirta riippuu vaaditusta vääntömomentista ja on nimellisvirran moninkertainen määrä. Koska suurempien moottoreiden käyttö johtaa suurempaan yksivaiheiseen kuormitukseen, Steinmetz-kytkennällä varustettujen moottoreiden käyttö on rajoitettu toimittajasta riippuen 1,5 kW:sta enintään 2 kW:iin.