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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kondensatorbank - Was ist besser?


Autor: M. Beffa (m_beffa)
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Ich möchte gerne ne Kondensatorbank bauen.

Dazu möchte ich 28 2200uF 400V Alu Elkos verwenden.

Bei der Zusammenschaltung der Elkos trat dann folgende Frage auf:

Was ist nun besser für Experimente wo man sehr hohe Ströme in kurzer 
Zeit benötigt?

Je 7 Elkos in Reihe und dann immer wieder 7 dazu parallel und diese 
Anordnung auf 2.4 kV aufladen?

Oder alle 30 Elkos parallel und diese auf 310V aufladen?

Von der gespeicherten Energie her ist beides dasselbe, da ja die selbe 
Anzahl Kondensatoren geladen wird.

Ich denke erstere Variante wird höhere Spitzenströme bringen, wobei ich 
mir aber nicht sicher bin, da ja durch die Serieschaltung der Elkos, der 
ESR ja jedesmal steigt.

Bei der zweiten Variante wäre der ESR sehr gering, jedoch die Spannung 
viel kleiner.

Was ist nun besser?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Kommt drauf an was du vorhast. Die Version mit hoher Spannung bringt 
eine höhere Leistung in kürzerer Zeit, die Version mit vielen parallel 
eher eine längere Entladedauer.

Autor: autoexec (Gast)
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ich würde jeweils 4 parallel schalten. Dann kommen dabei 7 
"Kondensatoren" mit je 8800µF/400V heraus. Dann kannst du dir immer noch 
überlegen oder es einfach ausprobieren welche Verschaltung am besten 
ist, und du bist auch noch flexibler für Änderungen. Zumindest würde ich 
es so machen wenn ich eine Kondensatorbank baue, ich habe nur z.Zt. 
nicht das Geld dazu...

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Ich würde mich nach dem resultierenden ESR richten.

Gruss

Autor: Jörg B. (manos)
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Marco Beffa wrote:
> Ich möchte gerne ne Kondensatorbank bauen.
>
> Dazu möchte ich 28 2200uF 400V Alu Elkos verwenden.
>
> Bei der Zusammenschaltung der Elkos trat dann folgende Frage auf:
>
> Was ist nun besser für Experimente wo man sehr hohe Ströme in kurzer
> Zeit benötigt?
>
> Je 7 Elkos in Reihe und dann immer wieder 7 dazu parallel und diese
> Anordnung auf 2.4 kV aufladen?
>
> Oder alle 30 Elkos parallel und diese auf 310V aufladen?

Erstmal musst Du Dir klar werden ob Du für Deine Experimente hohe 
Spannung oder Strom benötigst. Dann vielleicht noch eine Abschätzung, 
wie viele Elkos Du dafür verwenden willst (oben stehe 3 Werte: 28, 49 
und 30^^).

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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.. und bei Reihenschaltung die richtige Spannungsaufteilung durch
parallele, hochohmige Widerstände sicherstellen.

Gruss

Autor: M. Beffa (m_beffa)
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=)

Wie bereits erwähnt möchte ich hohe Ströme haben.

Gut, dann drücke ich mich noch etwas genauer aus =):

Ich habe 28 Elkos.

Die 2 Varianten sind:

1: 4 mal 7 Kondensatoren in Reihe und diese vier Reihen alle parallel 
und auf 2.4 kV aufladen.

2: Alle parallel und auf 310V aufladen.



Bis jetzt tendiert ihr also auch eher zur Lösung 1 ?

Autor: Jörg B. (manos)
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Höhere Ströme würde ich von Variante 2 erwarten...

Autor: Thomas Bremer (Firma: Druckerei Beste) (virtupic)
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Nur zur Erinnerung:

I = U / R

und

Q = C * U

Oder auf deutsch: Der Strom hängt nur vom Widerstand ab, durch den er 
fließt, nicht von der Kapazität des Kondensators. Wenn du mit dem hohem 
Strom einen dünnen Kupferdraht in Sekundenbruchteilen schmelzen willst, 
dann reicht auch ein Superkondensator und 2,5 V. Wenn du damit einen 
Joghurtbecher durchlöchern willst, dann brauchst du... ich weiß nicht 
wieviel, aber ein paar tausend Volt reichen da nicht.

Die Kapazität bestimmt, wie lange der Strom fließt. Achtung: Kapazität 
nimmt bei Reihenschaltung ab, gelieferte Energie hängt nicht von der Art 
der Schaltung ab.

Schreib mal genauer, wodurch der Strom fließen soll - Matrial und 
Abmessungen - dann können wir dir hier weiterhelfen.

virtuPIC
/ggadgets for tools & toys

Autor: gast (Gast)
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Was für eine Impedanz hat denn deine Last?

Autor: marcel (Gast)
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Thomas Bremer wrote:

>Oder auf deutsch: Der Strom hängt nur vom Widerstand ab, durch den er
>fließt, nicht von der Kapazität des Kondensators.


und warum gibts dann die formel  Ic=C*dU/dt ??

Autor: JensG (Gast)
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dU/dt wird um so größer, je kleiner C wird - damit gleicher (Anfangs-) 
Spitzen strom für jeden C. Der Anfangsstrom wird nur durch 
Kondensator-Spannung und Gesamt-Widerstand des Kreises gestimmt. Klar, 
daß natürlich der Strom bei kleinerem C schneller abnimmt, aber er fängt 
erstmal bei gleicher C-Spannung mit demselben Wert an.

Autor: Frank (Gast)
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@marcel

Nun ja, Deine Gleichung führt auf eine Differentialgleichung mit 
Randbedinung. Die Randbedingung ist ausschließlich abhängig von
 und dem Widerstand im Kreis.

Sorry, damit hast Du zwar die richtige Formel aufgeschrieben aber falsch 
interpretiert.

Autor: Alexander (Gast)
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Es hilft oft die zwei Extremfälle zu betrachten:
1. alle C parallel
Uges = U
ESRges = ESR / n
Imax = U / (ESR/n + Rlast)
-> ESR geht gegen 0, Rlast bestimmt den Strom

2. alle C seriell
Uges = U * n
ESRges = ESR * n
Imax = U * n / (ESR*n + Rlast)
-> bei Rlast = 0 (Kurzschluß): Imax = U/ESR, also wie ein Kondensator

Natürlich gibt es auch Grenzen. Sehr hohe Spannungen sind nicht 
ungefährlich und sehr hohe Ströme auch nicht.

Jetzt laß' mal bei den obigen Beispielen die Last weg, also Rlast = 0 
und Du siehst, daß oben durch ESR/n im Nenner "n" in den Zähler kommt. 
Der Maximalstrom wird also mit n multipliziert.
Logisch eigentlich, der Strom muß durch alle Kondensatoren. Bei der 
seriellen Methode müßte der Strom durch jeden Kondensator fließen, bei 
der parallelen Verschaltung trägt jeder Kondensator einen kleinen Teil 
bei.

Autor: Martin (Gast)
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Ich würde sie alle parallel schalten, denn 2,4kv sind schon mehr 
"gefährlich" als 310V. Gut, beides tut beim Anfassen sehr weh, aber bei 
niedriger Spannung ist das Schalten auch einfacher.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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wenn du einen hohen strom haben willst, solltest du eine mögliuchst 
große spannung über den kondensatoren haben, also möglichst viele von 
denen in reihe. natürlich handelst du dir dabei ggf. probleme durch die 
hohe spannung ein. aber bei den üblichen verbrauchern erhöhst du den 
strom durch eine höhere quellspannung, außerdem kannst du so deutlich 
mehr energie in den kondensatoren speichern, da die spannung quadratisch 
in die gespeicherte energie eingeht.

aber sei dir immer bewusst, dass kondensatoren eine gefahrquelle sind,w 
enn sie geladen sind. auch noch viele stunden nach abtrennen der quelle

Autor: Alexander (Gast)
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Also ich habs doch oben geschrieben.
Anschaulich: serielles Schalten erhöht linear die Spannung und linear 
den Quellwiderstand. Folglich bleibt der Kurzschlußstrom wie bei einem 
einzigen Kondensator.
Beim parallelen Schalten bleibt die Spannung gleich, jedoch wird der 
Widerstand kleiner.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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ja, bei einem kurzschluss (das kabel, das den kurzschluss erzeugt, mal 
vernachlässigt) hast du recht. aber ich denke mal, dass der 
threadersteller nicht nur drähte dematerialisiern will, sondern einen 
verbraucher anschließen möchte, der dann auch einen gewissen widerstand 
hat. wenn dieser widerstand größer ist, als der esr der kondensatoren, 
musst du mit der spannung raufgehen, um höhere ströme zu bewirken

Autor: Unbekannter (Gast)
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> außerdem kannst du so deutlich mehr energie in den kondensatoren
> speichern, da die spannung quadratisch in die gespeicherte
> energie eingeht.

  möööp  --  Falsch. Der Kandidat hat null Punkte:

Energie des Kondensators:


Bei Parallelschaltung von zwei gleichen Kondensatoren ist C_gesammt 
doppelt so groß, die Spannung bleibt gleich:



Bei Serienschaltung von zwei Kondensatoren ist C_gesammt halb so groß 
und es wird insgesammt die doppelte Spannung angelegt:



Oh Wunder, oh Wunder, die Gesammtenergie ist in beiden Fällen gleich 
groß...

Ist ja auch logisch, woher soll die zusaätzliche Energie kommen, wenn Du 
zwei Kondensatoren, die parallel geschaltet sind, auflädst und dann in 
Serie schaltest?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Dabei ist noch zu beachten, dass DIESELBE Energie, die im 
Kondensator(bank) gespeichert ist, beim Aufladen mit konstanter Spannung 
über dem Vorwiderstand nochmal verbraten wird!
Egal welchen Wert der Vorwiderstand hat.

Der Wirkungsgrad dieser "Lade"schaltung ist somit (max) 50%.

Autor: Oszi40 (Gast)
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Parallel schalten hat den unheimlichen Vorteil, daß man sich nicht um 
eine korrekte Spannungsaufteilung kümmern muß.

Gegenprobe: Schalte mal zum Test
eine Hand voll R6-Akkus unterschiedlicher Landung in Reihe und belaste 
diese etwas. Dann Miß die einzelnen Spannungen. So ähnlich oder 
schlimmer wird es sein, wenn Du einen Sack voll Elkos in Reihe 
schaltest.

Autor: M. Beffa (m_beffa)
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Danke bis jetz mal allen hier für ihre Antworten. Sehr freundlich.

Nun, ich muss dennoch sagen dass mir noch niemand meine Frage 
überzeugend und mit Begründung beantwortet hat.

Bereits im ersten Post habe ich erwähnt dass ich:

-Weiss dass die gepspeicherte Energie gleich bleibt egal welche 
Schaltung

-Einen möglichst hohen EntladespitzenSTROM haben will (durch welche Last 
ich den nun treibe, sei dahingestellt)

Nun möchte ich einfach wissen, mit welcher Schaltungsvariante ich einen 
höheren Strom erreiche.

Im übrigen bin ich mir durchaus der Gefahr von 2.4kV bewusst, aber danke 
für die Warnung :)

Nun, kurz und klar:

Variante 1 oder Variante 2?

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Entladespitzenstrom ist, lastseitig Kurzschluss angenommen, bei 
Parallelschaltung der Kondensatoren am größten.

Gruss

Autor: Stefanie B. (sbs)
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Wie schon irgendwer anders oben schrieb, kommt es bei dieser Frage eben 
doch auf die Impedanz deiner Last an, oder genauer auf das Verhältnis 
des Lastwiderstandes zum ESR

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Verhältnis des Lastwiderstandes zum ESR

=> Leistungsanpassung, Spannungsanpassung oder Stromanpassung.

Grundlagen der Grundlagen der Grundlagen der ETechnik

;-)

Autor: M. Beffa (m_beffa)
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OK, ich denke nun hab ichs geckeckt =)

Hab mir jetz nochmals die Erklärung von Alexander durchgelesen, welche 
ich sehr logisch finde.

Ich denke bis jetz haben wir folgende Fakten:

Ist der Lastwiderstand sehr klein (kleiner als der Innenwiderstand der 
gesamten Bank), so ist es sinnvoller die Kondensatoren alle parallel zu 
schalten. Da dann der Strom hauptsächlich vom Innenwiderstand, welcher 
durch die Parallelschaltung sehr sehr klein geworden ist, bestimmt wird.

Ist der Lastwiderstand allerdings grösser als der Innenwiderstand der 
Bank(was ja sehr wahrscheinlich ist, ich nehme mal an das der ESR sehr 
sehr klein ist), so wird der Strom hauptsächlich von der Last bestimmt. 
Zwar steigt der Innenwiderstand der Bank durch die Seriellschaltung, da 
dieser Innenwiderstand aber so oder so kleiner als der Lastwiderstand 
ist, ist es sinnvoller die C's in Reihe zu schalten. Da wie eh und jeh 
nach dem Ohmschen Gesetz gilt I = U/R. Da ich mit der Reihenschaltung, 
das ganze auf ne höhere Spannung aufladen kann, wird somit ein höherer 
Strom fliessen.

Fazit:

RL sehr sehr sehr klein -> C's parallel
RL grösser als Innenwiderstand -> C's in Reihe


Kann man das so stehen lassen?

Autor: mec (Gast)
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Sei mir nicht böse, aber bei dem Wissen, was du hast, würde ich an 
deiner Stelle, lieber die Finger davon lassen. Wenn du da nicht weißt 
was du machst kann es sehr gefährlich werden.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Wobei du das Problem hast: Wenn der Lastwiderstad sehr klein ist, und 
der ESR im vergleich dazu hoch: Dann wird die meiste Leistung in den 
Kondensatoren und nicht im Lastwiderstand verbraten.

Autor: M. Beffa (m_beffa)
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@mec:

Kein Problem ;) Von mir aus kannst du gern die Ansicht vertreten, dass 
ich zuwenig wissen dafür habe.

Ich selbst weiss, dass dies nicht so ist. Und ich finde man sollte nicht 
zu stolz sein hier im Forum etwas nachzufragen, wenn man sich mal nicht 
mehr ganz so sicher ist. Schliesslich kostet fragen ja nichts.

Falls es dich interessiert: Ich hab zwar jetz nicht diiee grosse 
Erfahrung im HV bereich, aber z.B. meine 2.4kV Kaskade, die ich selbst 
gebaut habe, funktioniert wunderbar, und ich habe sie noch immer sicher 
betrieben.

Trotzdem danke für die Warnung.

@Hauke:

Absolut richtig.

Dies ist ein weiterer Grund auf die serielle Variante zu gehen. Da der 
Lastwiderstand so oder so grösser sein wird als der Innenwiderstand.

n' schönen tag noch!

Autor: Andreas W. (Gast)
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@Marco

die Reihenschaltung liefert "fast" immer mehr spitzenstrom. Die ganzen 
leute haben bei ihrer Betrachtung (außer benedikt) die Induktivität der 
Außenbeschaltung vernachlässigt. Und da du das ja im Bereich von µS 
entladen möchtest (klingt danach). Ist die Induktivität eine dicken 
geraden Leitung schon rießig.

baust du eine coilgun?railgun? :-)

ein hinweis noch, messe die kapazität der kondensatoren nach und schalte 
möglichst gleiche in reihe, sonst sterben sie dir ganz schnell. 
außerdeom gehe nicht auf die max. Spannung lasse etwas reserve für deine 
Cs :)

Autor: mec (Gast)
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Sei einfach vorsichtig, das ist kein Weidezaungerät oder Elektroschoker 
mehr was du da vorhast. Zerlege mal ein Blitzgerät oder Fotoaperat und 
komme da aus versehen an die Hochspannungsquelle, da werden die 
Gliedmaßen schon für minuten lahmgelegt.
HV Gleichspannung ist nicht mehr zum Spielen.

Autor: I_ H. (i_h)
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Also 28 2200uF Elkos auf je 400V reichen locker aus um das letzte mal 
irgendwo anzufassen. Da könnte schon ein einziger davon reichen.

Zu der Thematik in reihe oder parallel: Irgendwas dazwischen wird es 
sein. Was hier die ganze Zeit vernachlässigt wurde, ist der Widerstand 
der Verdrahtung. Sofern er keine Supraleiter nimmt, ist der nämlich auch 
größer 0.

Relevante Widerstände sind also Re (ESR der Elkos), Ra 
(Anschlusswiderstände) und Rl (Lastwiderstand). Bei den Strömen sollte 
die Induktivität auch eine Rolle spielen, aber das rechnet sich so 
kompliziert...

Bei einer n*m Anordnung (m Kondensatoren parallel, das n-mal in Reihe) 
schaut die Geschichte so aus:

U=n*Uc (Uc=400V),
R=Rl+Ra+n/m*Re und entsprechend
I=n*Uc/(Rl+Ra+n/m*Re)

Man kann die Sache auch für konstante Kondensatoranzahl ausdrücken. Mit 
zB. l=m*n Kondensatoren gesamt und dem Verhältnis von reihe zu parallel 
p=n/m ergibt sich

I=sqrt(l*p)*Uc/(Rl+Ra+p*Re) und davon kann man die Extremwerte 
bestimmen.

Nach etwas Rechnerei kommt man da auf einen Extremwert für p=(Rl+Ra)/Re 
(ob min oder max kann man ja mit Zahlenwerten nachrechnen, hab keine 
Lust das nochmal abzuleiten - sollte aber max sein).
Das würde also bedeuten, dass du bei sagen wir 10mOhm 
Anschlussverdrahtung, 10mOhm ESR und 1Ohm Last ein Verhältnis von reihe 
zu parallel von 101 haben solltest - also alle in Reihe. Wenn du dagegen 
eine Last von nur 10mOhm hast, solltest du von deinen 28 Elkos je 4 
parallel, und das 7mal hintereinander schalten.

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