Steinmetzschaltung
Die Steinmetzschaltung ist eine elektrische Schaltung, benannt nach Charles P. Steinmetz, bei der Drehstrom-Asynchronmotoren für den Betrieb an einem einphasigen Wechselstromnetz angepasst werden können. Weiterhin dient eine Steinmetzschaltung dazu, asymetrische Belastungen an einem Drehstromsystem (z.B. durch eine einphasige Last) in eine symetrische Last aller drei Phasen zu wandeln. Notwendig sind dazu, in den nicht belasteten Zweigen eines Drehstromsystems, jeweils einen induktiven und einen kapazitiven Zweig einzubauen. Die Größe der Induktivität und Kapazität ist von der asymetrischen Last (Scheinleistung, Leistungsfaktor, usw.) abhängig. Anwendung findet diese Schaltung im Bereich der Blindleistungskompensation.
Sie ist als Notlösung für Haushalte ohne Drehstrom-Anschluss gedacht oder für Maschinen, wo man sich den Aufwand für die Verkabelung mit drei Außenleiter (Phasen) ersparen will. Das dritte Anwendungsgebiet sind Maschinen, wo so günstig wie möglich eine Drehbewegung mit konstanter Geschwindigkeit erzeugt werden soll.
Der Nachteil der Steinmetzschaltung ist, dass das Drehmoment auf 0.1-0.5 des Motor-Nennmomentes begrenzt wird. Um die gleiche Leistung zu erreichen, muss man einen größeren Motor einsetzen, was mehr kostet und mehr Platz beansprucht. Zudem ist der Wirkungsgrad gering.
Die Steinmetzschaltung war aus ökonomischen Gründen immer auf Motoren mit einer Leistung von weniger als zwei kW beschränkt. Mit dem Aufkommen der Drehstrom-Frequenzumrichter wurde das Anwendungsgebiet weiter eingeschränkt, denn dieser kann aus einer Gleich- oder Wechselspannung einen für einen Drehstrommotor benötigten Drehstrom erzeugen. Damit ist es ohne Einschränkungen möglich, einen Drehstrommotor an nur einem Außenleiter zu betreiben.
Motoren die einen Kondensator aufweisen, müssen nicht zwangsläufig Drehstrommotoren sein, die in der Steinmetzschaltung betrieben werden. Häufig werden bei Werkzeugmaschinen (z.B. Kreissäge o.ä.) Kondensatormotoren verwendet.
Einfache Erklärung
Drehstrom bedeutet, dass drei Außenleiter vorhanden sein müssen. Ist nur ein Außenleiter und ein Neutralleiter vorhanden (alle Haushaltssteckdosen), kann ein Kondensator eine Hilfsphase erzeugen. Schon hat man die zwei Phasen, welche der Motor benötigt um anzulaufen.
Realisation
Um die Schaltung zu realisieren, ist der Motor in Dreieck zu brücken und mit einem Metallpapierkondensator mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 400 V zu versehen (beim Betrieb an 230V AC). Der Kondensator kommt zwischen der dritten, freien Eingangsklemme und einer der beiden durch Außenleiter und Neutralleiter besetzten Anschlüsse zu liegen. Je nach dem, welche Anschlussart gewählt wird, dreht der Motor rechts oder links herum.
DIN 48501 empfiehlt für jede Motorleistung und Betriebsspannung einen geeignet großen Kondensator. Bei 100W und 220V werden 7µF empfohlen, bei 200W 13µF.