5. Wie wird der Kondensator bei einer Steinmetzschaltung berechnet?

Kategorie: Elektromotoren-Allgemein

Formel für den Betriebskondensator in der Steinmetzschaltung

Für die Steinmetzschaltung muss die Schaltung des Motors, Stern- oder Dreieckschaltung, passend zur vorhandenen Netzspannung vorgenommen werden, in Europa sind das üblicherweise 230 V. Als Betriebskondensator ist ein Metallpapierkondensator nach DIN EN 60252-1 (VDE 0560-8:2011-10) zulässig, der an den dritten noch freien Anschluss des Motors und je nach gewünschter Drehrichtung an den Außenleiter oder den Neutralleiter angeschlossen wird. Wird der Kondensator mit dem Außenleiter verbunden, dreht sich der Motor nach rechts, bei Verbindung des Kondensators mit dem Neutralleiter nach links. In diversen Fachbüchern und Foren wird mit Bezug auf die vor Jahren zurückgezogene DIN 48501 ein Richtwert von ca. 70 µF je 1 kW Motorleistung für eine Betriebsspannung von 230 V empfohlen. Die allgemeine Formel für die Berechnung des Betriebskondensators mit der Kapazität C und einer Leistung P des Elektromotors an der Nennspannung U lautet:

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

mit $\omega$ der Kreisfrequenz

Bei der Steinmetzschaltung kann der Motor, je nach Spulenspannung, sowohl im Dreieck als auch im Stern betrieben werden. Die Dreieckschaltung wird bevorzugt verwendet.

Dreieckschaltung

Dreieckschaltung – Richtungsumkehr

Sternschaltung

Halbsternschaltung

Durch den Kondensator wird eine Hilfsphase erzeugt. Diese hat allerdings anstatt 120° nur eine Phasenverschiebung von weniger als 90°. Es wird also nur ein elliptisches Drehfeld erzeugt, das jedoch ausreicht, um dem Motor eine Drehrichtung vorzugeben, sodass er selbstständig anlaufen kann. Allerdings hat der Motor dadurch elliptische Betriebseigenschaften. Bei der Steinmetzschaltung kann der Motor, je nach Spulenspannung, sowohl im Dreieck als auch im Stern betrieben werden. Die Dreieckschaltung wird bevorzugt verwendet. Der Kondensator und die Spule des Motors bilden zusammen einen Reihenschwingkreis. Im Betrieb entsteht am Kondensator bei 230 V Netzspannung eine Spitzenspannung von bis zu 330 V. Damit er nicht zerstört wird, muss er für die größte auftretende Spannung bemessen sein. Da die verwendeten Metallpapierkondensatoren im Laufe der Jahre altern, wird ein Sicherheitszuschlag von 70 V bis 80 V zugerechnet. Bei einer Netzspannung von 230 V wird somit ein Kondensator mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 400 V verwendet. Bedingt durch den Kondensator sind die Ströme in den einzelnen Strängen unterschiedlich groß. Der Anlaufstrom des Motors ist vom erforderlichen Drehmoment abhängig und beträgt ein Mehrfaches des Nennstromes. Da es durch den Betrieb größerer Motoren zu verstärkten einphasigen Belastungen kommt, ist der Betrieb von Motoren mit Steinmetzschaltung je nach Versorger auf 1,5 kW bis maximal 2 kW begrenzt.