스타트 커패시터는 어떻게 작동합니까? 핵심 원칙, 크기 조정 및 오류 증상

시작 커패시터는 60~120도 위상 변이를 생성하여 작동합니다. 단상 모터의 보조 권선 전류와 주 권선 전류 사이의 전류입니다. 이러한 위상 변화는 로터를 회전시키기에 충분한 시동 토크를 생성하는 회전 자기장을 생성합니다. 커패시터는 모터가 정격 속도의 대략 75%에 도달할 때까지 몇 초 동안만 회로에 머물다가 원심 스위치에 의해 연결이 끊어집니다. 스위치가 열리지 않으면 IEC 60252-1에 설명된 표준 AC 모터 커패시터 설계 원리에 따라 커패시터는 과도한 전류를 끌어내고 일반적으로 몇 분 내에 배출되거나 파열됩니다.

정말 커패시터 시작 실제로는

단상 유도 전동기는 간단하고 견고하지만 고유한 한계가 있습니다. 자체적으로 시동 토크를 개발할 수 없습니다. 교류 전류가 공급되는 단일 권선은 회전하지 않는 맥동 자기장을 생성하므로 회전자가 움직이지 않습니다. 시작 커패시터는 보조 권선 또는 시작 권선으로 알려진 두 번째 권선을 추가하여 이 문제를 해결합니다. 이 권선은 의도적으로 위상 변이됩니다.

커패시터가 회로에 있으면 커패시터 크기와 권선 설계에 따라 시작 권선의 전류가 주 권선의 전류보다 약 60~120도 앞서게 됩니다. 이 위상차는 맥동 자기장을 회전 자기장으로 바꾸어 로터 바에 전류를 유도하고 정적 관성을 극복하고 로터를 움직이는 데 필요한 토크를 생성합니다.

• 전기를 제공합니다 푸시 지속적인 힘보다는
• 시작 시퀀스 동안에만 활성화됩니다(일반적으로 2~5초).
• 연속 작동이 아닌 간헐적 작동용으로 평가됨
• 최고 속도에서 원심 스위치 또는 전위 계전기에 의해 우회됨

위상 변화 뒤에 숨은 물리학

커패시터가 위상 변이를 생성하는 이유를 이해하려면 전압과 전류 간의 관계를 살펴봐야 합니다. 순수 저항성 회로에서는 전압과 전류가 동상입니다. 유도 회로에서는 전류가 전압보다 지연됩니다. 용량성 회로에서는 전류가 전압을 리드합니다. 모터 권선은 유도성이므로 자연스럽게 지연이 발생합니다. 대조적으로, 커패시터는 전류가 전압을 앞지르도록 강제합니다.

시작 권선과 직렬로 커패시터를 배치하면 커패시터는 다음과 같은 역할을 합니다. 위상 전진 장치 . 시작 권선을 통해 흐르는 전류는 주 권선의 전류보다 대략 90도 앞서게 됩니다. 정확한 각도는 커패시터와 권선의 총 임피던스에 따라 달라집니다. 실제 시작 커패시터의 경우 위상각은 60~120도 범위 내에 유지되며 이는 사용 가능한 회전 필드를 생성하는 데 충분합니다.

단계별 작업 순서

전원을 켠 후 최고 속도까지의 순서를 따라가 보겠습니다.

1. 전원은 AC 라인에서 직접 주 권선에 공급됩니다. 주 권선은 전류를 끌어오기 시작하고 자체 자기장을 형성합니다.
2. 동시에 시작 커패시터와 시작 권선의 직렬 조합에 전압이 적용됩니다.
3. 커패시터는 빠르게 충전되고 시작 권선의 전류를 이동시켜 주 권선 전류를 약 60~120도 정도 앞서게 합니다.
4. 이제 두 개의 권선이 회전 자기장을 생성합니다. 로터가 회전하기 시작하고 빠르게 가속됩니다.
5. 모터가 동기화된 속도의 약 75%에 도달하면 원심 스위치가 열리고 회로에서 시작 커패시터가 제거됩니다.
6. 이제 모터는 보조 권선의 전원이 차단된 상태에서 주 권선에서만 작동합니다. 회전자가 움직이면 단일 권선이 회전을 유지할 수 있기 때문에 회전 자기장은 그대로 유지됩니다.
7. 모터가 꺼지면 원심 스위치가 다시 닫히고 다음 시동을 위해 시동 회로가 다시 준비됩니다.

중요한 세부 사항: 시작 커패시터는 간헐적 사용을 위해 설계되었습니다. 즉, 시작당 약 3~5초 동안만 전원이 공급되어야 합니다. 회로에 남아 있으면 유전체 재료가 빠르게 가열됩니다. 일반적인 250V AC 시동 커패시터에서 10초 이상 연결 상태를 유지하면 내부 온도가 섭씨 85도를 초과하여 부풀어 오르고 통풍이 발생하여 최종 고장이 발생할 수 있습니다.

시작 커패시터와 실행 커패시터: 주요 차이점

시동 커패시터와 실행 커패시터는 모두 모터 커패시터이지만 서로 다른 작업을 수행하고 서로 다른 표준으로 평가됩니다. 아래 표에는 주요 차이점이 요약되어 있습니다.

커패시턴스와 듀티 사이클은 가장 중요한 두 가지 차이점입니다. 시동 커패시터는 높은 시동 토크를 전달하기 위해 더 많은 에너지를 저장하지만 연속 전류를 처리하도록 제작되지 않았습니다. 실행 커패시터는 더 적은 에너지를 저장하지만 지속적으로 실행되며 종종 위상 각도를 개선하기 위해 단 하나의 권선과 결합됩니다. 시동 커패시터 대신 실행 커패시터를 사용하면 모터를 시동하는 데 충분한 토크가 생성되지 않습니다. 실행 커패시터 대신 시작 커패시터를 사용하면 시작 커패시터가 간헐적 사용을 위해 설계되었기 때문에 몇 분 내에 소진됩니다.

시작 커패시터 크기를 조정하는 방법

올바른 시작 커패시터를 선택하는 것은 엔지니어링 작업이지만 대부분의 소형 단상 모터에 적용되는 일반적인 규칙이 있습니다.

용량

필요한 정전 용량은 모터의 회전자 고정 토크 요구 사항에 따라 달라집니다. 대략적으로 설명하자면, 120V/60Hz에서 작동하는 1/2마력 모터에는 일반적으로 200~300μF의 시동 커패시터가 필요합니다. 1마력 모터에는 400~500 마이크로패럿이 필요할 수 있습니다. 1000 마이크로패럿을 초과하는 값은 일반적으로 3마력 이상의 대형 모터에서만 나타납니다.

전압 정격

커패시터 전압 정격은 최소한 AC 라인 전압의 1.5배 . 230V 공급 장치의 경우 370V 또는 450V 커패시터를 선택하십시오. 115V 전원의 경우 일반적으로 250V 커패시터로 충분합니다. 정격이 너무 낮은 커패시터는 즉시 고장나지 않을 수 있지만 내부 유전체에 스트레스가 가해지고 수명이 크게 단축됩니다.

공차

표준 시작 커패시터의 허용 오차는 일반적으로 ±10% 또는 20%입니다. 일부 제조업체는 특수 용도에 대해 플러스 또는 마이너스 5%를 지정합니다. 콘덴서를 교체할 경우 교체 정전용량은 원래 값의 10% 이내여야 합니다. 원래 정전 용량을 20% 이상 초과하면 시동 토크가 증가하지만 시동 중 전류 소모도 증가하여 보조 권선이 과열될 수 있습니다.

이 값은 참고용이며 모터 명판 확인을 대체할 수 없습니다. 특히 커패시터를 교체할 때는 항상 모터 제조업체의 권장 사항을 확인하십시오. 값은 IEC 60252 및 NEMA MG1의 일반적인 설계 관행을 기반으로 합니다.

실패 징후 및 테스트

시작 커패시터는 갑자기 또는 점진적으로 고장날 수 있습니다. 일반적인 고장 징후로는 회전하지 않고 모터가 윙윙거리는 소리, 탄 냄새, 눈에 띄는 부기 또는 배기, 명판 값보다 극적으로 낮은 정전 용량을 읽는 커패시터 등이 있습니다.

멀티미터로 테스트

1. 전원을 분리하고 커패시터가 방전될 때까지 2분 이상 기다립니다. 대부분의 시작 커패시터에는 전하를 방전시키는 저항기가 있지만 여전히 방전 도구를 사용해야 합니다.
2. 미터를 커패시턴스 모드로 설정하고 터미널 전체에 프로브를 연결합니다.
3. 판독값을 정격 값과 비교하십시오. 표시된 정전 용량의 80% 미만 판독값은 성능이 저하된 커패시터를 나타냅니다.
4. 무극성 시작 커패시터에서 저항계를 사용하는 경우 짧은 단락 이후 개방 판독값이 표시되어야 합니다. 영구적으로 개방되거나 단락된 판독값은 내부 손상을 나타냅니다.

한 가지 실제 참고 사항: 많은 시작 커패시터는 전해식이므로 시간이 지남에 따라 건조될 수 있습니다. 전형적인 기대수명은 4,000~8,000 시작 주기 , 이는 모터가 시동된 횟수이지 총 작동 시간이 아닙니다. 모터가 하루에 5회 시동되는 표준 가정용 애플리케이션에서 6,000사이클 정격의 커패시터는 3~4년 동안 지속될 수 있습니다. 하루에 50번 기동하는 상업용 압축기에서는 동일한 커패시터가 4~5개월 내에 고장날 수 있습니다. 이것이 바로 커패시터를 애플리케이션의 듀티 사이클에 맞춰야 하는 이유입니다.

일반적인 응용

시동 커패시터는 높은 시동 토크가 요구되는 광범위한 단상 모터 응용 분야에 사용됩니다. 가장 일반적인 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

• 에어컨 압축기(종종 더 큰 장치에 잠재적인 릴레이 포함)
• 특히 직접 구동 모델의 세탁기 모터
• 최대 압력 수두에 대해 시작되는 워터 펌프 및 우물 펌프
• 블레이드가 무거운 그라인더 및 소형 목공 기계
• 무거운 문을 정지 상태에서 들어 올려야 하는 차고 문 오프너
• 상당한 덕트 저항을 갖춘 팬 및 송풍기

이러한 각 응용 분야에서 모터는 속도가 0일 때 상당한 부하에 직면합니다. 냉매측이 압력을 받기 때문에 압축기는 움직임에 저항합니다. 세탁기 드럼에는 물과 젖은 옷이 가득 담겨 있습니다. 펌프가 물에 잠겨 있습니다. 시동 커패시터는 이러한 모터에 모든 것을 움직일 수 있는 추가 추진력을 제공합니다.

안전 및 취급 참고 사항

커패시터는 전원이 제거된 후에도 에너지를 저장합니다. 시동 커패시터는 몇 분 동안 위험한 전하를 보유할 수 있습니다. 만지기 전에 항상 정격이 적절한 저항기나 절연 손잡이가 있는 드라이버를 사용하여 커패시터를 방전시키십시오. 커패시터가 완전히 방전되었는지 확인하기 전에 금속 물체로 단자를 단락시키지 마십시오.

또한 안전 벤팅 등급의 커패시터를 사용하십시오. 통풍형 커패시터는 고장 발생 시 폭발하는 대신 내부 압력을 안전하게 방출할 수 있는 커패시터입니다. 이는 압축기 캐빈 및 세탁기 하우징과 같은 밀폐형 장비에서 중요합니다.

실제 참고 사항: 상단이 부풀어 오르는 등 커패시터가 시각적으로 손상된 경우 재사용하지 마십시오. 유사한 정전 용량, 전압, 온도 정격 및 단자 구성을 갖춘 새 장치로 교체하십시오.

자주 묻는 질문

시작 커패시터가 절대로 연결 해제되지 않으면 어떻게 됩니까?

커패시터는 회로에 남아 계속해서 전류를 끌어옵니다. 간헐적인 사용을 위해 설계되었기 때문에 내부 전해액이나 필름이 빠르게 가열됩니다. 몇 초 내에 내부 압력이 상승하고 통풍구가 열리고 커패시터가 작동하지 않습니다. 어떤 경우에는 모터가 계속 작동할 수 있지만 전류 소모량이 더 많고 토크 맥동이 심할 수도 있습니다.

시동 커패시터 없이 모터가 작동할 수 있습니까?

시동 부하가 낮은 소형 모터의 경우 손으로 돌리거나 특수 시동 제어 장치를 사용하여 모터를 시동할 수 있는 경우도 있습니다. 그러나 일반적인 경우 시동 커패시터가 없는 단상 모터는 회전 자기장이 생성되지 않기 때문에 단순히 윙윙거리는 소리를 냅니다.

시작 커패시터는 얼마나 오래 지속됩니까?

수명은 작동 시간이 아닌 시작 주기로 측정됩니다. 일반적인 시작 커패시터는 4,000~8,000회 시작 동안 지속됩니다. 하루에 8번 순환하는 가정용 에어컨의 경우 1.5~2.5년이 소요될 수 있습니다. 하루에 50번의 시동이 걸리는 상업 단위에서는 3~5개월밖에 걸리지 않습니다.

모터가 아닌 시동 커패시터에 문제가 있는지 어떻게 알 수 있습니까?

전원이 공급되는 동안 손이나 작은 레버를 사용하여 모터 샤프트를 돌려보세요. 모터가 즉시 회전하기 시작하면 커패시터가 불량일 가능성이 높습니다. 회전 보조에도 불구하고 여전히 윙윙거리는 소리가 난다면 시동 스위치, 권선 또는 커패시터에 문제가 있을 수 있습니다. 미터로 커패시터를 측정해야 합니다.

더 큰 시동 토크를 얻기 위해 더 큰 시동 커패시터를 사용할 수 있습니까?

원래 값보다 최대 약 20%까지 정전 용량을 늘리면 토크가 증가할 수 있지만 시동 권선의 전류와 열도 증가하여 모터 수명이 단축됩니다. 정격 값보다 30% 높게 올라가면 단 몇 번의 시동만으로 권선이 과열될 수 있습니다.

230V 모터에는 어떤 전압 커패시터가 필요합니까?

안전한 선택은 370V 또는 450V 정격 커패시터입니다. 규칙에 따르면 커패시터 전압 정격은 항상 라인 전압의 1.5배 이상이어야 합니다.

하드 스타트 ​​키트와 스타트 커패시터의 차이점은 무엇입니까?

하드 스타트 ​​키트는 일반적으로 압축기에 더 강력한 시동 부스트를 제공하기 위해 시동 커패시터와 전위 릴레이를 결합합니다. 이는 시동 시 부하가 걸리는 압축기용으로 설계되었습니다. 일반 시작 커패시터는 소형 모터에서 흔히 볼 수 있는 원심 스위치와 함께 작동합니다.

요약

시동 커패시터는 모터 보조 권선의 전류를 일시적으로 이동시켜 회전 자기장을 생성하여 모터가 시동 토크를 발생시킬 수 있도록 하는 방식으로 작동합니다. 이는 모터가 최대 속도의 약 75~80%에 도달하면 원심 스위치가 제거되는 단기 구성 요소입니다.

주요 실제 시사점은 다음과 같습니다.

• 간헐적 듀티용으로 설계된 커패시터를 사용하고 정전용량과 전압을 올바르게 일치시키십시오.
• 시작 커패시터를 실행 커패시터로 대체하지 마십시오.
• 윙윙거리는 소리, 부풀어오르는 소리, 통풍, 낮은 정전용량 판독값 등 일반적인 오류 징후를 검사합니다.
• 취급하기 전에 항상 커패시터를 방전시키십시오.

이러한 규칙을 따르면 모터의 수명을 연장하고 가장 일반적인 커패시터 관련 오류를 피할 수 있습니다.