시작 커패시터의 작동 방식: 위상 변이, 토크 및 고장 징후

1/2 HP 커패시터 시동 모터는 잠긴 회전자 전류를 끌어오고, 윙윙거리고, 몇 초 안에 과부하를 발생시킵니다. 시작 커패시터가 열리지 않았습니다. D셀 배터리보다 크지 않은 단일 구성 요소로 인해 모터는 정지 상태에서 가속하는 데 필요한 회전 자기장을 생성할 수 없습니다. 시작 커패시터는 보조 권선과 직렬로 고용량 전해 소자를 간단히 삽입하여 작동합니다. 결과적인 전류 리드는 2상 공급을 모방하는 위상 변이를 생성하고 시동 토크를 생성한 다음 모터가 동기 속도의 대략 70~80%에 도달하면 연결을 끊습니다. 이 기사에서는 위상 변이 메커니즘, 시작 커패시터를 짧은 듀티 사이클로 제한하는 내부 구조, 교체 중에 일치해야 하는 정격, 불량 모터가 아닌 마모된 커패시터를 가리키는 고장 패턴에 대해 설명합니다. 핵심 원칙, 크기 조정 및 오류 증상에 대한 단계별 동반 참조는 다음을 참조하세요. 커패시터 작동을 시작하는 이 가이드 .

위상 변이 메커니즘: 단상 모터가 자체 기동할 수 없는 이유

단상 AC 전원은 회전 자기장이 아닌 맥동 자기장을 생성합니다. 유도 전동기의 주 권선에만 전원을 공급하면 회전자는 양방향에서 동일한 토크를 보고 단순히 윙윙거리는 소리를 냅니다. 시작 커패시터는 의도적인 시간 오프셋을 사용하여 두 번째 전류 경로를 생성하여 이 문제를 해결합니다. 커패시터가 시작 권선과 직렬로 연결되면 용량성 리액턴스로 인해 해당 권선의 전류가 전압을 리드하게 됩니다. 한편, 유도성이 높은 주 권선은 전류가 전압보다 뒤떨어집니다. 두 권선 전류 간의 위상차는 전기적으로 90도에 접근할 수 있습니다. 이러한 두 위상차 전류는 회전자를 움직이게 만드는 회전 자기장을 생성합니다.

시동 토크의 양은 정전 용량 값에 따라 다릅니다. 정전용량이 너무 적고 위상각도 작아서 토크가 약합니다. 커패시턴스가 너무 많으면 시작 권선의 전류가 과도해져서 절연이 손상될 위험이 있습니다. 대부분의 커패시터 시동 모터는 특정 커패시턴스 창을 중심으로 설계되었습니다. 교체용 콘덴서는 명판 값보다 20% 낮음 여전히 경부하 모터를 시작할 수 있지만 부하가 걸리면 어려움을 겪고 더 높은 전류를 끌어옵니다.

로터가 대략 도달하면 동기 속도의 75% , 원심 스위치가 열리고 회로에서 시작 커패시터가 제거됩니다. 해당 스위치가 닫혀 있으면 시작 커패시터는 전원이 계속 공급되고 과열되며 일반적으로 몇 분 내에 배출되거나 부풀어 오릅니다. 이는 커패시터 시동 모터에서 가장 일반적인 고장 모드 중 하나입니다.

내부 구조: 전해 시동 커패시터의 듀티 사이클이 짧은 이유

시작 커패시터는 거의 항상 전해 유형입니다. 다공성 스페이서로 분리된 두 개의 알루미늄 호일이 전도성 전해질에 담겨 있습니다. 양극 포일에는 단위 부피당 높은 정전용량을 제공하는 에칭된 산화물 층이 있습니다. 이러한 구조를 통해 200μF, 250VAC 시작 커패시터를 작은 캔 크기의 패키지에 넣을 수 있습니다. 단점은 전해질이 과열 없이 지속적인 리플 전류를 견딜 수 없다는 것입니다. 시작 커패시터는 짧은 듀티 사이클에 대해 정격이 지정되며, 종종 시간당 최대 시작 횟수 또는 다음과 같은 백분율 듀티 사이클로 표현됩니다. 3% .

이와 대조적으로 작동 커패시터는 금속화 폴리프로필렌 필름을 사용합니다. 볼륨당 정전 용량은 낮지만 수년간 지속적인 AC 리플을 처리할 수 있습니다. 그렇기 때문에 동일한 마이크로패럿 정격의 시작 커패시터를 실행 커패시터로 대체할 수 없으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 시작 듀티에 강제로 적용된 실행 커패시터는 필름이 높은 돌입 전류를 처리할 수 없기 때문에 빠르게 실패합니다. 실행 커패시터로 회로에 남겨진 시작 커패시터는 과열되어 배기됩니다.

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모터에 영구적인 위상 변이가 필요한 연속 부하 애플리케이션의 경우 CBB60 시리즈와 같은 필름 커패시터가 올바른 선택입니다. 이 제품은 이중 리드, 삽입 단자 또는 나사 단자가 있는 알루미늄 또는 플라스틱 케이스로 제공되며 수천 시간 동안 안정적인 정전 용량으로 50/60Hz 작동을 위해 설계되었습니다.

일치해야 하는 주요 등급: 정전 용량, 전압 및 듀티 사이클

시작 커패시터를 선택하는 것은 단순히 동일한 마이크로패럿 값을 찾는 것이 아닙니다. 전압 정격, 듀티 사이클, 물리적 장착이 모두 중요합니다. 아래 표에서는 반복적인 실패로 이어지는 잘못된 적용을 방지할 수 있도록 시작 커패시터와 실행 커패시터의 중요한 매개변수를 비교합니다.

전압 등급은 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다. 250VAC로 표시된 시작 커패시터는 약간의 여유가 있는 240VAC 회로용으로 설계되었습니다. 240V 라인에서 125VAC 커패시터를 사용하면 즉시 고장이 발생합니다. 240V 회로의 330VAC 커패시터와 같이 더 높은 전압을 사용하는 것은 일반적으로 유전체에 스트레스가 덜 가해지기 때문에 안전하고 수명을 연장할 수 있습니다. 그러나 정격 전압이 높을수록 물리적 크기도 커지는 경우가 많으므로 장착 공간을 확인하십시오.

정전 용량 허용 오차는 일반적으로 ±20% 시작 커패시터의 경우. 일부 모터 설계는 해당 공차의 상한에 민감합니다. 원래 커패시터가 200μF인 경우 일반적으로 180~220μF 사이의 교체가 허용됩니다. 150μF 교체는 그렇지 않습니다. 정확한 값을 찾을 수 없는 경우 낮은 표준 값보다는 다음으로 높은 표준 값을 선택하되 과도한 시작 권선 전류를 피하기 위해 20% 이내를 유지하십시오.

시작 및 실행 커패시터: 무시할 수 없는 중요한 차이점

모터 수리에서 가장 비용이 많이 드는 실수는 시작 커패시터와 실행 커패시터를 혼동하는 것입니다. 비슷해 보이며 둘 다 단자가 두 개 있고 둘 다 마이크로패럿 단위로 측정됩니다. 그러나 그들의 내부 구조와 의도된 임무는 이보다 더 다를 수 없습니다. 몇 초 동안의 높은 돌입 전류를 위해 시작 커패시터가 내장되어 있습니다. 더 낮은 크기에서 연속 리플 전류를 위해 실행 커패시터가 구축되었습니다. 시동 회로에 실행 커패시터를 설치하면 필름이 반복되는 고전류 시동을 처리할 수 없기 때문에 며칠 내에 작동하지 않을 가능성이 높습니다. 작동 회로에 시동 커패시터를 설치하면 지속적인 AC에서 전해질이 끓기 때문에 과열, 배기 및 폭발할 가능성이 있습니다.

일부 에어컨 압축기는 이중 실행 커패시터(주로 CBB65 유형)를 사용합니다. 이 커패시터에는 밀폐형 압축기 섹션과 팬 섹션이라는 두 개의 커패시터 섹션이 하나의 캔에 포함되어 있습니다. 그것은 시작 커패시터가 아닙니다. 하우징을 공유하는 한 쌍의 실행 커패시터입니다. 모터 명판에서 영구 분할 커패시터 구성을 명시적으로 요구하지 않는 한, 시동 커패시터 대신 이중 실행 커패시터를 연결하지 마십시오. 하드 스타트가 필요한 공조 및 냉동 압축기의 경우 별도의 스타트 커패시터와 릴레이가 실행 커패시터 회로에 추가됩니다.

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에어컨, 세탁기 또는 워터 펌프의 작동 커패시터를 교체할 때 CBB65 방폭 커패시터 또는 CBB60 모터 커패시터는 필요한 연속 사용 정격 및 안전 기능을 제공합니다. 이 필름 커패시터는 원래 장착에 맞게 삽입 단자, 리드 또는 나사 단자와 함께 사용할 수 있습니다.

고장 증상 및 회로에 대해 알려주는 내용

경고 없이 시동 커패시터가 고장나는 경우는 거의 없습니다. 모터가 위상 변이를 잃기 때문에 증상은 예측 가능한 패턴을 따릅니다. 다음은 서비스 요청에 나타나는 빈도에 따라 순위가 매겨진 가장 일반적인 징후입니다.

• 모터가 윙윙거리지만 회전하지 않습니다. 시작 권선 전류가 없거나 너무 작아서 회전 자기장을 생성할 수 없기 때문에 회전자가 잠겨 있습니다. 먼저 시동 커패시터를 확인한 다음 원심 스위치를 확인하십시오.
• 5~15초 후에 과부하가 트립됩니다. 모터는 고정된 회전자 전류를 끌어옵니다. 이는 일반적으로 6~8회 전부하 전류. 권선을 보호하기 위해 과부하 히터 또는 차단기가 열립니다.
• 커패시터 케이스가 부풀어 오르거나 균열이 있거나 전해액이 새고 있습니다. 이는 커패시터가 과전압 또는 과열되었음을 나타냅니다. 교체하고 원심 스위치가 고착되었는지 검사하십시오.
• 모터 단자함 근처에서 타는 냄새가 납니다. 시작 커패시터가 배출되었을 수 있습니다. 즉시 전원을 차단하고 커패시터를 교체할 때까지 재시동을 시도하지 마십시오.
• 모터는 천천히 시작되거나 샤프트를 수동으로 회전시킬 때만 시작됩니다. 이는 시작 커패시터의 커패시턴스가 손실되었지만 완전히 열리지 않았거나 시작 권선 회로의 저항이 높다는 것을 의미합니다.

모터가 윙윙거리고 커패시터가 괜찮아 보인다면 원심 스위치를 간과하지 마십시오. 스위치가 닫히지 않으면 시작 커패시터가 전혀 연결되지 않습니다. 열리지 않는 스위치는 회로에 시동 커패시터를 유지하여 몇 분 내에 과열되도록 합니다. 두 조건 모두 운영자의 관점에서 불량 커패시터를 모방합니다.

스타트 커패시터를 안전하게 테스트하는 방법

시작 커패시터를 테스트하려면 먼저 방전해야 합니다. 전원이 제거된 후에도 전해 콘덴서에는 위험한 전하가 남아 있을 수 있습니다. 다음 단계를 순서대로 따르세요.

1. 모터의 모든 전원을 분리하십시오. 가능하다면 연결 해제를 잠그십시오. 비접촉식 전압 테스터를 사용하여 단자의 전원이 차단되었는지 확인하십시오.
2. 다음을 사용하여 커패시터를 방전시키십시오. 20kΩ, 5W 최소 10초 동안 단자 전체에 저항을 연결하십시오. 드라이버로 단자를 단락시키지 마십시오. 커패시터가 손상되고 스파크 위험이 발생할 수 있습니다.
3. 커패시터에서 리드 하나를 분리하여 회로에서 분리합니다. 재조립을 위해 터미널 방향을 확인하십시오.
4. 디지털 멀티미터를 커패시턴스 모드로 설정합니다. 테스트 리드를 커패시터 단자에 연결합니다. 독서를 관찰하십시오. 좋은 시작 커패시터는 다음 범위 내에서 읽어야 합니다. ±20% 명판 값.
5. 판독값이 0이거나 매우 낮으면 커패시터가 단락된 것입니다. 판독값이 열려 있으면(OL) 커패시터가 열리지 않은 것입니다. 두 조건 모두 교체가 필요합니다.
6. 케이스에 부풀어오름, 균열 또는 전해액 누출이 있는지 검사하십시오. 정전용량 판독값이 허용 가능한 것처럼 보이더라도 물리적 손상이 있으면 교체를 의미합니다.
7. 커패시터 테스트가 양호하지만 모터가 여전히 시동되지 않으면 원심 스위치를 확인하십시오. 모터에 전원이 공급되지 않은 상태에서 스위치를 수동으로 작동하고 연속성 변경 상태를 확인합니다.

커패시턴스 미터는 이 작업을 위한 가장 빠른 도구이지만 저항으로 설정된 아날로그 멀티미터도 단락되거나 개방된 커패시터를 드러낼 수 있습니다. 아날로그 미터를 연결하면 바늘이 0을 향해 점프한 다음 커패시터가 충전됨에 따라 천천히 무한대를 향해 다시 올라가야 합니다. 0에 머무르는 바늘은 단락을 나타냅니다. 움직이지 않는 바늘은 개방 회로를 나타냅니다.

선택 및 교체: 원래 사양과 일치

시작 커패시터에 오류가 발생하는 경우 가장 안전한 경로는 이를 원래 마이크로패럿 정격, 전압 정격 및 물리적 장착과 일치하는 커패시터로 교체하는 것입니다. 가장 중요한 세부 사항은 다음과 같습니다.

• 용량: 20% 이내에서 일치합니다. 낮아지면 시동 토크가 감소합니다. 더 높이 올라가면 시동 권선 전류가 증가하고 과부하가 걸릴 수 있습니다.
• 전압: 동등하거나 그 이상입니다. 330VAC 커패시터는 250VAC 커패시터를 대체할 수 있습니다. 절대 아래로 내려가지 마세요. 전압이 높을수록 라인 과도 현상에 대해 더 많은 여유가 제공됩니다.
• 듀티 사이클: 시작 커패시터는 짧은 듀티용으로 평가되었습니다. 모터가 영구적인 분할 커패시터 작동용으로 설계된 경우가 아니면 실행 커패시터를 대체하지 마십시오.
• 터미널 유형: 원본과 일치: 1/4인치 빠른 연결, 나사 단자 또는 리드. 연결이 불량하면 아크가 발생하고 조기 고장이 발생합니다.
• 작동 온도: 커패시터의 온도 정격을 확인하십시오. 65°C 정격 커패시터는 85°C 환경에서는 지속되지 않습니다. 가능하면 더 높은 온도 등급을 선택하십시오.

세탁기, 수도 펌프, 에어컨과 같이 작동 커패시터를 지속적으로 사용하는 모터의 경우 CBB60 및 CBB61 시리즈 필름 커패시터는 긴 수명을 위해 설계되었습니다. CBB61 사각 모터 커패시터는 팬 및 송풍기 모터에 일반적으로 사용되는 반면, CBB65 방폭 커패시터는 에어컨 압축기의 표준입니다. 교체품을 주문할 때 케이스 치수와 장착 이어를 확인하십시오. 전기적으로는 맞지만 기계적으로는 맞지 않는 커패시터는 제자리에 고정되지 않기 때문입니다.

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자주 묻는 질문

잘못된 크기의 시작 커패시터를 사용하면 어떻게 됩니까?

너무 작은 커패시터는 위상 변이를 충분히 생성하지 못하므로 모터는 약한 시동 토크, 험을 생성하고 높은 전류를 끌어옵니다. 커패시터가 너무 크면 시작 권선을 통해 과도한 전류가 흘러 권선이 과열되고 과부하가 걸릴 수 있습니다. 두 경우 모두 모터가 시동되지 않거나 무부하 상태에서만 시동될 수 있습니다. 항상 명판 마이크로패럿 값의 20% 이내를 유지하십시오.

시동 커패시터 없이 모터가 작동할 수 있습니까?

모터가 영구 분할 커패시터 모터 또는 음영 극 모터인 경우에만 해당됩니다. 커패시터 시동 모터는 초기 토크를 생성하기 위해 시동 커패시터가 필요합니다. 이것이 없으면 모터는 부하 상태에서 정지 상태에서 시동되지 않습니다. 샤프트를 수동으로 회전하면 일부 모터가 작동하지만 이는 안전하거나 실용적인 솔루션이 아닙니다.

시동 커패시터는 얼마나 오래 지속되어야 합니까?

적절하게 유지 관리된 모터의 고품질 시동 커패시터는 오래 지속될 수 있습니다. 5~10년 또는 그 이상. 수명을 단축시키는 요인으로는 빈번한 시동, 높은 주변 온도, 과전압, 모터가 속도에 도달한 후 회로에 커패시터를 유지하는 고착 원심 스위치 등이 있습니다.

시작 커패시터가 계속 실패하는 이유는 무엇입니까?

반복되는 오류는 일반적으로 잘못된 커패시터 배치보다는 회로 문제를 나타냅니다. 원심 스위치가 닫혀 있는지 확인하고 라인 전압이 너무 높지 않은지 확인하고 교체 커패시터의 전압 정격이 올바른지 확인하십시오. 시간당 여러 번 시작하는 모터에는 듀티 사이클 정격이 더 높거나 시작 방법이 다른 커패시터가 필요할 수 있습니다.

저전압으로 인해 시동 커패시터가 손상될 수 있습니까?

전압이 낮으면 시동 토크가 감소하고 모터가 더 오랜 시간 동안 더 높은 전류를 끌어오게 됩니다. 시작 커패시터는 회로에 더 오래 머무르므로 발열이 증가합니다. 저전압 기동이 장기간 지속되면 커패시터 수명이 단축됩니다. 공급 전압이 모터 명판 정격보다 지속적으로 낮은 경우 커패시터를 다시 교체하기 전에 전압을 수정하십시오.

시작 커패시터를 테스트하려면 어떤 도구가 필요합니까?

커패시턴스 모드를 갖춘 디지털 멀티미터가 가장 편리한 도구입니다. 아날로그 멀티미터를 사용하여 단락 또는 개방 상태를 확인할 수도 있습니다. 또한 방전 저항기(20kΩ, 5W), 절연 드라이버 및 비접촉 전압 테스터가 필요합니다. 고장난 전해 콘덴서는 전해액을 배출시킬 수 있으므로 보안경을 착용하는 것이 좋습니다.

시작 커패시터는 단상 모터에 정지 상태에서 가속하는 데 필요한 회전 필드를 제공하는 위상 변이를 생성하여 작동합니다. 이러한 위상 변이는 단 몇 초 동안만 지속되므로 시작 커패시터는 전해 구조를 사용하고 짧은 듀티 사이클로 평가됩니다. 모터에서 윙윙거리는 소리가 나지만 시작되지 않는 경우 시작 커패시터가 테스트할 첫 번째 구성 요소입니다. 마이크로 패럿 값, 전압 정격 및 듀티 사이클을 정확하게 일치시키고 터미널 박스에 있는 동안 원심 스위치를 검사하십시오.

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