커패시터 측정 방법: 단계별 멀티미터 및 LCR 미터 가이드

가장 짧고 신뢰할 수 있는 답변: 디지털 멀티미터를 커패시턴스 모드(μF 기호)로 설정하고 커패시터를 완전히 방전시킨 다음 회로에서 제거하고 빨간색 리드를 양극에 연결하고 검은색 리드를 음극에 연결한 후 판독값이 안정화될 때까지 기다린 후 이를 커패시터 케이스에 인쇄된 마이크로패럿 값과 비교합니다.

정격 허용 오차 범위 내에서 측정되는 커패시터는 전기적으로 정상입니다. 정격 값보다 훨씬 낮은 값을 읽거나, 0을 읽거나, 범위를 벗어난(OL) 디스플레이를 생성하는 제품은 일반적으로 교체 대상입니다. 이 순서는 소형 세라믹 커패시터, 알루미늄 전해 커패시터 및 세탁기, 워터 펌프 및 에어컨 압축기에 사용되는 대형 AC 모터 구동 커패시터에 적용됩니다. 각 단계의 세부 사항과 잘못된 결과를 초래하는 측정 실수가 바로 이 가이드에서 다루는 내용입니다.

커패시터 측정이 선택 사항이 아닌 이유

커패시터는 일반적으로 하룻밤 사이에 고장이 나지 않습니다. 정격 12μF의 모터 구동 커패시터는 금속화된 필름이 산화되거나 전해질이 건조되거나 내부 연결 탭이 저하됨에 따라 정전용량을 점차 잃습니다. 이러한 드리프트 중 일부는 대략 8~10년의 서비스 수명 동안 발생할 것으로 예상됩니다. 그러나 측정된 값이 허용 하한 아래로 떨어지면 지원하는 모터가 더 많은 전류를 소비하고, 더 뜨겁게 작동하고, 윙윙거리거나, 시동이 걸리거나, 완전히 정지합니다. 커패시터를 측정하는 것은 불량 부품을 교체하고 있는지, 아니면 다음 커패시터도 손상시킬 수 있는 회로 결함을 추적하고 있는지 알 수 있는 유일한 방법입니다.

커패시턴스 측정은 세 가지 실용적인 목적으로 사용됩니다.

• 결함 진단: 결함이 있는 모터 권선, 시동 릴레이 또는 전원 공급 단계와 죽은 커패시터를 구분합니다.
• 확인: 배송 중에 커패시터 라벨이 잘못 표시되거나 손상될 수 있으므로 설치 전에 새 교체품을 테스트하십시오.
• 매칭: 교체용 µF 정격, 전압 등급 및 공차가 모터 또는 회로 설계에 적합한지 확인합니다.

간헐적인 오류는 종종 커패시터와도 관련됩니다. 임의의 시간에 중간 주기를 멈추는 세탁기, 몇 분 후에 열 보호 기능을 작동시키는 물 펌프 또는 시동 없이 윙윙거리는 냉장고 압축기는 물리적으로 괜찮아 보이지만 정격 정전 용량 아래로 표류한 커패시터로 인해 자주 발생하는 세 가지 고전적인 증상입니다. 먼저 측정하면 실제 결함이 모터 시동 회로에 있는 동안 완벽하게 양호한 커패시터를 교체하는 고전적인 실수를 방지할 수 있습니다.

안전 규칙: 먼저 배출하고 두 번째로 측정하십시오.

첫 번째 규칙: 충전된 커패시터를 멀티미터에 연결하지 마십시오. 장비의 플러그를 뽑은 후에도 충전된 커패시터는 오랫동안 위험한 전압을 유지할 수 있습니다. 모터 커패시터 370V AC 또는 450V AC 정격은 특히 기기에 블리더 저항이 없는 경우 몇 분 동안 수백 볼트를 유지할 수 있습니다. 충전된 커패시터를 미터에 연결하면 입력 퓨즈가 끊어지고 보호 회로가 영구적으로 손상되며 리드를 잡은 사람에게 감전이 발생할 수 있습니다.

매번 다음 퇴원 절차를 따르십시오.

1. 장비의 플러그를 뽑거나 연결을 끊고 내부 블리더 저항기가 고전압을 방전할 수 있도록 1~2분 정도 기다립니다.
2. 10~15초 동안 커패시터 단자 전체에 최소 5W 정격의 1kΩ~10kΩ 저항을 연결합니다. 50μF를 초과하는 커패시터의 경우 100Ω~1kΩ 저항을 사용하고 20~30초 동안 유지합니다.
3. 맨손으로 단자를 만지기 전에 전압계로 커패시터에 0V가 표시되는지 확인하십시오.
4. 10μF 미만의 소형 커패시터는 절연 드라이버로 리드를 단락시켜 방전할 수 있습니다. 저항기 방법은 스파크와 기계적 스트레스를 방지하기 때문에 여전히 권장되는 습관입니다.

대형 모터 커패시터를 드라이버로 직접 단락시키지 마십시오. 방전 전류로 인해 도구에 구멍이 생기고, 용융 금속이 튀고, 커패시터 케이스가 깨질 수 있습니다. 저항 방식은 원활하고 안전하게 전하를 방전시킵니다.

방법 1: 커패시턴스 모드의 디지털 멀티미터 - 가장 실용적인 방법

커패시턴스 모드의 디지털 멀티미터는 알려진 정전류로 커패시터를 충전하고, 결과적인 전압 상승 속도를 측정하고, 해당 속도에서 마이크로패럿 값을 계산하여 커패시턴스를 측정합니다. Fluke의 응용 가이드에 설명된 대로 이 방법은 우수한 장비에서 대략 ±1% ~ ±5%의 정확도로 직접 수치 판독을 제공하며 이는 거의 모든 현장 진단에 충분합니다. 일반적으로 사용 가능한 가격대의 최신 디지털 멀티미터에는 µF 위치가 포함되어 있으므로 거의 모든 사람이 이 방법을 사용할 수 있습니다.

단계별 절차

1. 장비를 끄고 플러그를 뽑으십시오.
2. 회로에서 커패시터를 제거하십시오. 회로 기판에서 적어도 하나의 리드를 제거하거나 들어올려 병렬 구성 요소가 판독을 방해하지 않도록 합니다.
3. 이전 섹션에서 설명한 저항 방법으로 커패시터를 방전시킵니다.
4. 멀티미터 다이얼을 일반적으로 µF 기호 또는 두 개의 평행선으로 표시되는 커패시턴스 모드로 돌립니다.
5. 상대 모드(REL 또는 Δ)를 사용할 수 있는 경우 두 프로브를 함께 접촉하고 REL을 눌러 리드 커패시턴스를 0으로 만든 다음 프로브를 분리합니다. 테스트 리드가 몇 피코패럿의 부유 정전 용량을 추가하기 때문에 1nF에서 100nF 사이의 작은 값을 측정할 때 이는 중요합니다.
6. 빨간색 프로브를 양극 단자(유극 커패시터의 긴 리드)에 연결하고 검정색 프로브를 음극 단자에 연결합니다. CBB 모터 구동 커패시터는 무극성이므로 방향이 중요하지 않습니다.
7. 판독값이 안정될 때까지 기다리십시오. 30μF 모터 커패시터는 충전 전류가 미터가 커패시턴스를 확인할 수 있을 만큼 충분히 길어야 하기 때문에 안정적인 값에 도달하는 데 몇 초가 걸릴 수 있습니다.
8. 최종 판독값을 정격 값과 케이스에 인쇄된 허용 오차와 비교하십시오.

아래 표는 디스플레이에 표시되는 내용을 해석하는 방법을 보여줍니다.

판독값이 정격 값보다 약간 높은 경우(예: 12μF ±5% 커패시터에서 12.8μF) 해당 부품은 여전히 제조 범위 내에 있으며 허용 가능합니다. 공차 범위 아래의 판독값은 보다 일반적인 노화 오류이므로 즉시 교체해야 합니다.

방법 2: 저항 모드의 아날로그 멀티미터 - 빠른 상태 점검

측정기에 커패시턴스 모드가 없는 경우에도 저항 모드는 여전히 유용한 상태 점검을 제공합니다. 선택기를 가장 높은 저항 범위인 10kΩ 이상으로 설정하고 테스트 리드를 연결한 후 바늘의 움직임을 관찰합니다.

• 좋은 커패시터: 커패시터가 전하를 수용함에 따라 바늘은 0을 향해 점프한 다음 천천히 무한대 표시를 향해 위쪽으로 표류합니다.
• 단락된 커패시터: 바늘은 0 또는 거의 0에 고정된 상태로 유지되며 결코 회복되지 않습니다.
• 개방형 커패시터: 바늘은 절대 움직이지 않으며 판독값은 처음부터 무한대로 유지됩니다.
• 누출 커패시터: 바늘은 짧게 움직이고 중간 정도의 저항에 안착하며 결코 무한대 표시에 도달하지 않습니다.

아날로그 저항 테스트는 통과, 실패 또는 약함만을 나타냅니다. 정확한 마이크로패럿 값을 제공할 수 없습니다. 정전용량 측정기를 사용할 수 없는 경우 빠른 현장 점검으로 사용하십시오. 단, 아날로그 테스트에만 기초하여 모터 수리에 대한 최종 결정을 내리지는 마십시오.

방법 3: LCR 미터 – 정밀도, ESR 및 유전손실

LCR 미터는 훨씬 더 높은 정확도로 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항을 측정하고 범용 멀티미터가 제공할 수 없는 추가 매개변수를 제공합니다. 일반적인 휴대용 LCR 미터는 디지털 멀티미터의 정전용량 정확도가 ±3%~±5%인 데 비해 ±0.2%~±1% 사이입니다. 입고 검사, 생산 라인 검증 및 모터 커패시터의 고장 분석을 위해서는 LCR 미터가 올바른 도구입니다.

LCR 미터를 사용할 때 알아야 할 세 가지 사항:

1. 테스트 빈도: 모터 커패시터는 주전원 주파수 50Hz 또는 60Hz로 지정됩니다. LCR 미터는 일반적으로 100Hz, 120Hz, 1kHz 및 10kHz를 제공합니다. 모터 커패시터의 경우 가장 가까운 실제 설정으로 100Hz 또는 120Hz를 사용하고, 커패시턴스는 주파수에 따라 약간씩 달라지므로 항상 사용된 주파수를 기록합니다.
2. 소산 인자: 일반적으로 tan δ 또는 DF로 표시되며 이는 내부 유전 손실을 나타냅니다. 금속화 폴리프로필렌(CBB) 모터 커패시터의 경우 손실 인자는 100Hz에서 0.1% 미만이 정상입니다. 급격히 높은 값은 필름 유전체가 열화되었음을 의미합니다.
3. 등가 직렬 저항: ESR은 테스트 주파수에서 커패시터 내부의 실제 저항 손실입니다. 20μF 모터 구동 커패시터는 100Hz에서 수백 밀리옴 이하의 ESR을 보여야 합니다. 커패시턴스가 여전히 허용 오차 범위 내에 있는 동안 ESR이 상승한 경우, 커패시터는 부하 시 가열되어 조기에 고장납니다.

멀티미터 커패시턴스 테스트를 통과한 후에도 모터가 계속 비정상적으로 작동할 때마다 또는 커패시터 뱅크의 정확한 값을 일치시켜야 할 때 LCR 미터를 사용하십시오. 일반적인 교체 결정의 경우 디지털 멀티미터로 충분합니다.

판독값 해석 방법: 정격 값 및 허용 오차

정전 용량 허용 오차는 제조 당시 공칭 값의 허용된 확산입니다. IEC 60384-1은 ±5%, ±10%, ±20%를 포함하여 업계 전반에 걸쳐 사용되는 표준 공차 등급을 정의합니다. 20μF ±10%로 표시된 커패시터는 새 제품일 때 측정값이 18μF~22μF인 경우 허용됩니다. 그러나 허용 범위는 서비스 수명을 보장하지 않습니다. 수년간의 AC 스트레스 이후 동일한 커패시터는 공장에서 배송될 때 허용 범위 내에 있었음에도 불구하고 18μF 미만으로 표류할 수 있습니다.

모터 회로의 경우 실제 규칙은 인쇄된 허용 오차보다 더 엄격합니다. 즉, 실행 커패시터가 정격 정전 용량의 약 10%를 손실하면 시동 토크가 눈에 띄게 떨어지고 실행 전류가 증가합니다. 교체하세요. 인쇄된 공차는 허용되는 노화 한계가 아니라 공장에서 분산된 제조 공정을 반영합니다.

최상의 측정 일관성을 얻으려면 20°C~25°C의 실내 온도에서 측정하고 동일한 기기 및 동일한 테스트 주파수로 측정한 판독값을 비교하십시오.

기술자처럼 모터 시동 및 작동 커패시터 측정

모터 커패시터는 지속적인 주 전압 AC 스트레스 하에서 작동하고 주된 고장 모드는 점진적인 정전 용량 손실이기 때문에 자체 측정 루틴을 사용할 자격이 있습니다. 세탁기, 워터 펌프, 천장 팬, 냉장고 압축기, 냉각 팬 및 에어컨의 단상 모터는 두 개의 커패시터 제품군을 사용합니다.

• 커패시터 실행 모터가 작동하는 동안 내내 회로에 머물러 있습니다. 일반적인 값은 2~60μF이며 정격 전압은 250V AC~500V AC입니다. 일반적인 예로는 워터 펌프의 원형 알루미늄 케이스 CBB60 유형, 천장 팬의 사각형 CBB61 유형, 에어컨 압축기의 방폭 알루미늄 케이스가 있는 밀봉된 CBB65 유형이 있습니다.
• 커패시터 시작 시작하는 동안에만 참여하십시오. 일반적으로 70μF에서 수백 마이크로패럿에 이르는 훨씬 더 큰 정전 용량 값을 가지며, 허용 오차가 더 넓은 전해 유형인 경우가 많습니다. 내부 저항이 낮으면 훨씬 더 강력한 방전을 제공할 수 있으므로 완전 방전 후에 측정해야 합니다.

현장 측정 루틴

1. 측정하기 전에 케이스를 검사하십시오. 부풀어 오른 안전 통풍구, 이음새를 따라 오일이 누출되거나 단자가 타서 멀티미터를 켜기 전에도 커패시터를 교체할 수 있습니다.
2. 커패시터가 모터 권선에서 완전히 절연되도록 와이어 하나를 분리합니다.
3. 최소 10초 동안 저항기를 통해 방전시킨 후 전압계로 단자 전체에 걸쳐 0V를 확인하십시오.
4. 미터를 커패시턴스 모드로 설정하고 인쇄된 값보다 높은 범위를 선택하십시오. 예를 들어 30μF 커패시터의 경우 40μF 또는 200μF 범위입니다.
5. 디스플레이가 안정되면 값을 읽은 다음 설명서에 인쇄된 값이 아닌 커패시터의 라벨과 비교하십시오. 제조업체는 때때로 생산 배치 사이의 정격을 수정하기 때문입니다.

실제 교체 임계값: 실행 커패시터의 경우 측정값이 인쇄된 정격보다 10% 이상 낮거나 인쇄된 공차 하한보다 낮으면 교체하십시오. 커패시터가 허용 오차 범위 내에서 판독되지만 물리적으로 부풀어 오른 경우 어쨌든 교체하십시오. 안전 통풍구는 이미 한 번 작동했습니다. 시동 커패시터의 경우 판독값이 불안정하거나 0에 가깝거나 측정값이 인쇄된 정격보다 20% 이상 낮은 경우 교체하십시오.

CBB80 시리즈 보상 커패시터와 같은 조명 및 역률 애플리케이션은 동일한 방전 및 마이크로패럿 절차로 측정할 수 있지만 정전용량이 유일한 성능 매개변수는 아닙니다. 손실 계수는 역률 보정 의무와 마찬가지로 중요합니다.

잘못된 결과를 초래하는 6가지 측정 실수

1. 회로 내 측정. 커패시터가 계속 연결되어 있는 동안 저항기, 모터 권선, 다이오드 또는 두 번째 커패시터와 같은 다른 구성 요소는 결과를 왜곡하는 병렬 경로를 생성합니다. 측정하기 전에 최소한 하나의 리드를 제거하십시오.
2. 충전된 커패시터를 측정합니다. 잔류 전압으로 인해 결과가 바뀌고 계기가 손상될 수 있습니다. 먼저 방전시킨 후 0V를 확인하세요.
3. 잘못된 범위를 선택했습니다. 선택한 범위보다 큰 값은 OL로 표시되고, 훨씬 작은 값은 부정확하게 읽혀집니다. 가장 높은 범위부터 시작하여 판독값이 눈금의 편안한 부분을 차지할 때까지 단계를 낮춥니다.
4. 너무 일찍 읽었습니다. 대형 커패시터는 미터 테스트 회로에서 충전하는 데 몇 초가 걸립니다. 디스플레이가 안정된 후에만 값을 읽으십시오.
5. 두 프로브를 함께 접촉 측정 중에 테스트 전류가 단락되어 0에 가까운 거짓 결과가 생성됩니다.
6. 테스트 빈도를 무시합니다. 100Hz, 1kHz, 10kHz에서 필름 커패시터의 정전 용량은 유전 흡수로 인해 약간 다릅니다. LCR 미터를 사용할 때 애플리케이션에 맞는 주파수를 선택하십시오. 주 주파수 모터 커패시터의 경우 100Hz 또는 120Hz입니다.

이러한 실수 중 하나라도 좋은 커패시터를 잘못된 실패로 만들거나 나쁜 커패시터를 잘못된 성공으로 바꿀 수 있습니다. 이 모든 것을 피하는 루틴은 단 1분만 더 걸립니다.

숨겨진 오류를 포착하는 두 가지 숫자: ESR 및 누출

다음은 대부분의 기술자가 예상하는 것보다 더 자주 발생하는 예입니다. 커패시터는 30μF 정격에 대해 정확히 30.2μF를 측정하지만 압축기는 여전히 천천히 시작하고 열 과부하를 발생시킵니다. 누락된 정보는 내부 저항입니다. 실제 커패시터는 작은 저항(ESR)과 직렬로 연결되고 높은 절연 저항과 병렬로 연결되는 이상적인 커패시터로 동작합니다. 포일 연결이나 유전체의 성능이 저하되면 ESR이 상승하지만 총 정전 용량은 거의 변하지 않을 수 있습니다.

ESR 측정

LCR 미터나 전용 ESR 미터를 사용하십시오. CBB 필름 모터 커패시터의 경우 100Hz에서 일반적인 ESR은 약 0.5Ω 미만입니다. ESR이 훨씬 더 높은 경우(예: 20μF 커패시터의 경우 1Ω 이상) 커패시터는 커패시턴스가 정상으로 보일 때에도 부하 상태에서 열을 방출하므로 교체가 정당합니다. 전원 공급 장치의 소형 전해 커패시터의 경우 ESR이 1Ω을 초과하면 일반적으로 교체를 의미합니다. 값은 커패시턴스와 전압에 따라 다르므로 제조업체의 데이터시트와 비교하십시오.

누설 테스트

멀티미터를 가장 높은 저항 범위로 설정하고 방전된 커패시터에 연결한 후 30~60초 후에 최종 저항을 관찰합니다. 건강한 대형 커패시터는 수백 킬로옴 또는 메그옴 범위에 위치합니다. 누출된 커패시터는 더 낮게 안정되고 계속해서 아래쪽으로 표류합니다. AC 400V 등급의 AC 필름 커패시터의 경우 절연 저항은 수백 메그옴인 것이 일반적인 조건입니다.

이 두 가지 전기 점검을 간단한 육안 검사와 결합하십시오. 터진 안전 통풍구, 커패시터 아래의 어두워진 PCB 또는 탄 전해질 냄새는 미터에 표시된 것과 관계없이 모두 교체를 나타냅니다.

측정 커패시터에 대해 자주 묻는 질문

회로에서 커패시터를 제거하지 않고 측정할 수 있나요?

대부분의 경우에는 그렇지 않습니다. 병렬 구성요소는 판독값을 변경하는 대체 경로를 생성합니다. 커패시터가 절연되도록 리드 하나를 제거하거나 들어 올리십시오. 일부 멀티미터는 회로 내 커패시턴스 모드를 제공하지만 정확도는 커패시터 값이 주변 구성 요소와 비교하여 얼마나 지배적인지에 따라 달라집니다. 그러한 판독을 최종적인 것이 아니라 지시적인 것으로 취급하십시오.

커패시터를 측정할 때 미터에 OL이 표시되는 이유는 무엇입니까?

OL은 범위 초과를 의미합니다. 커패시터가 열려 있거나, 커패시턴스가 선택한 범위보다 크거나, 리드가 제대로 접촉하지 않고 있습니다. 더 높은 범위를 선택하고, 프로브 연결을 확인하고, 커패시터를 다시 방전시킨 후 측정을 반복하십시오.

좋은 정전용량 판독값이란 무엇입니까?

안정적이고 고정된 디스플레이에서 실온에서 측정한 인쇄된 공차 범위 내의 판독값입니다. 모터 커패시터의 경우 판독값도 인쇄된 값의 약 10% 이내여야 합니다. 정격보다 약간 높은 수치는 정상입니다. 밴드 아래의 수치는 노화를 나타냅니다.

커패시터를 측정하기 전에 어떻게 방전합니까?

전원을 분리하고 잠시 기다린 후 터미널 전체에 1kΩ ~ 10kΩ 저항을 10 ~ 15초 동안 연결합니다. 50μF 이상의 커패시터의 경우 더 길게 연결한 다음 전압계로 0V를 확인합니다. 모터 커패시터에는 정격 5W 이상의 저항기를 사용하십시오.

시작 커패시터와 실행 커패시터 테스트의 차이점은 무엇입니까?

실행 커패시터는 지속적인 AC 듀티 및 낮은 손실을 위해 설계된 필름 유형입니다. 언제든지 인쇄된 값에 가깝게 측정해야 합니다. 시작 커패시터는 잠시 동안만 전원이 공급되고 종종 훨씬 더 큰 값과 더 넓은 허용 오차를 가지며 일반적으로 완전히 방전되고 절연된 상태에서 테스트됩니다. 값이 불안정하거나 0에 가까우면 부품을 교체하십시오.

정확한 커패시턴스를 가진 커패시터가 여전히 불량할 수 있습니까?

예. 높은 ESR, 높은 소산 인자, 누설 전류 또는 부풀어 오른 케이스나 열린 안전 통풍구와 같은 물리적 손상으로 인해 마이크로패럿 판독값이 허용 범위 내에 있더라도 커패시터가 작동하지 않을 수 있습니다. 먼저 정전 용량을 평가한 후 ESR 또는 누출 점검 및 물리적 상태를 확인합니다.

완전한 커패시터 측정 작업 흐름 – 방전, 격리, 마이크로 패럿 측정, 정격 허용 오차와 비교, ESR 또는 물리적 점검으로 확인 – 5분 이내에 완료되며 모터 구동 기기에서 가장 반복되는 전기 고장을 방지합니다.

• 겉보기에는 좋아 보이는 커패시터도 여전히 나쁠 수 있습니다. 케이스가 부풀어 오르고 단자가 타며 이음새가 새는 것은 그 자체로 결정적인 증거입니다.
• 정전용량이 낮게 표시되는 커패시터는 이미 성능이 저하된 것입니다. 모터가 더 약해지기 전에 교체하십시오.
• 항상 안전이 최우선입니다. 방전하고, 분리하고, 0V를 확인한 후 측정하세요.

이러한 습관을 갖추면 멀티미터가 매번 신뢰할 수 있는 답변을 제공할 것입니다.