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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kondensatorauslegung im prallel Betrieb mit Motor


Autor: WillNenIsepi (Gast)
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Hallo,

ich möchte einen Elektromotor über einen Kondensator antreiben. 
Allerdings komme ich nicht drauf wie ich den Kondensator auslegen kann? 
Der Motor muss für t=3s eine Leistung von P_M=200W zur Verfügung 
stellen. Mein Netz liefert aber nur eine Leistung von P_vor=8W bei einer 
Spannung von U_vor=115V, daher wollte ich den Kondensator als 
Energiespeicher parallel zum Motor anschließen. Mehr als die angegebenen 
Daten habe ich nicht, kann also ziemlich frei wählen, ich weiß nur nicht 
wo ich anfangen soll...
Danke für Eure Hilfe.

Gruß
Hannes

Autor: Dieter Werner (Gast)
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t=3s, P=200W ergibt nach Adam Riese 600Joule (bei 100% Wirkungsgrad), 
das ist schon ein ganzer Haufen Holz.

Falls ich richtig gerechnet habe, braucht man dafür bei 110V eine 
Kapazität von 0,1F oder 100000µF.

Autor: WillNenIsepi (Gast)
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0,1F wäre ja gut, aber wie kommst du auf den Wert. Ich brauche dazu 
immer einen Wiederstand vom Motor den ich nicht kenne. Kannst du mir vlt 
deine Rechnung schreiben?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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E=P*t
200W*3s=600Ws

E=0,5*C*U²

U=110V -> C=99,2mF

Allerdings ist das jetzt stark vereinfacht, da davon ausgegangen wird, 
dass der Motor unabhängig von seiner Betriebsspannung immer 300W 
aufnimmt.

Autor: Michael Waiblinger (wiebel42)
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... und wenn du das dann hinbekommen hast wendest du dich vertrauensvoll 
an die Führungsriege von Daimler oder dem zugehörigen Schaich und wirst 
direkt steinreich ohne weitere Umwege. scnr

Nee sorry, aber was genau meinst du mit "0,1F wäre ja gut,..." 0,1F bei 
115V ist nicht mal eben so bei Conrad bestellt, selbst wenn du 100 mal 
die 10F Caps (2.5V) in Reihe schaltest, bist du erstmal 500€ los und 
hast dann einen Riesenklumpen Kondensatoren der dann zwar (theoretisch) 
die gewünschten 0.1F@250V hat (mit viel Glück sogar ohne Feuer) aber 
auch einen ESR von 10 Ohm was bei den geforderten 2A schon am Anfang 20V 
Spannungsabfall verspricht. Wenn du dir dann noch die Entladekurve 
anschaust (mach ich jetzt nicht) bleiben nach 3s vieleicht noch 5V für 
deinen 115V Motor übrig.

Da musst du dir was anderes Überlegen, Akkus könnten das, zusammen mit 
einem Boost-Converter müssten die nichtmal soo groß sein. 200W ist bei 
heitigen Akkus schon mal drin, auch für unter 500€.

Autor: WillNenIsepi (Gast)
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Schön, das ist so ziemlich das was ich nicht verstehe. Es gibt 
Kondensatoren mit der nötigen Kapazität, aber die reichen nicht, weil 
sie zu wenig Strom liefern?

0.1F@250V --> verstehe ich nicht was du mir damit sagen willst, ich habe 
mal bei Maxon geguckt und Motoren die die Leistung bringen mit einer 
Nennspannung von 24V gefunden.

Wichtig ist mir Gewicht zu sparen (daher auch die Idee Kondensatoren 
einzusetzen), der Preis spielt eher eine untergeordnete Rolle.

Welche Parameter bräuchten die Akkus den um das oben beschriebene 
Problem zu lösen?

Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Vergiss das mit der Reihenschaltung von Kondensatoren, ohne weiteres ist 
das nicht drin, die Spannung fällt nicht unbedingt gleichmässig über 
alle Kondensatoren in Reihe ab.

Für dein Plan: Becher-Elko, 40x55mm, 1.000µF/200Volt á 6,40€ und davon 
100 Stück parallel.

Oder in Kurzform: Lass es.

Bei Kondensatoren bekommst du eine Hohe Spannungsfestigkeit und kleine 
Kapazität ODER eine hohe Kapazität bei kleiner Spannungsfestigkeit, 
liegt in der Natur der Sache...

PS: Ich gehe mal davon aus das der Anlaufstrom des Motors zu 
vernachlässigen ist?

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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> Wichtig ist mir Gewicht zu sparen (daher auch die Idee Kondensatoren
> einzusetzen), der Preis spielt eher eine untergeordnete Rolle.
Um hohe Energien zu speichern ist Kondensator nicht geeignet. 
Kondensatoren nimmt man für hohe Leistungen (kurzer Dauer).
Ein Akku dürfte hier die bessere Wahl sein. Evtl. auch ein Schwungrad.

Es wäre gut mal das komplette Problem zu hören, nicht nur einen 
Ausschnitt.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Akku und Wechselrichter wäre jetzt mein Lösungsvorschlag...

Autor: Michael Waiblinger (wiebel42)
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Tim T. wrote:
> Vergiss das mit der Reihenschaltung von Kondensatoren, ohne weiteres ist
> das nicht drin, die Spannung fällt nicht unbedingt gleichmässig über
> alle Kondensatoren in Reihe ab.

Das wollte ich mit dem Kommentar über das Feuer andeuten. ;)
Aber bei Elkos ist das wohl nicht soo dramatisch, das sie mit mit 
steigender Spannung graduell an Leitfähigkeit gewinnen. Somit fällt 
weniger Spannung ab und ein Gleichgewicht stellt sich ein.
ABER ich habe keinen Schimmer ob das für die Kondensatoren der GoldCap 
Klasse auch gilt oder die doch ein lustiges Feuerwerk abbrennen.

@WillNenIsepi
> 0.1F@250V --> verstehe ich nicht was du mir damit sagen willst, ich habe
> mal bei Maxon geguckt und Motoren die die Leistung bringen mit einer
> Nennspannung von 24V gefunden.

Ich bin mal stillschweigend davon Ausgegangen, dass du schon den Motor 
hast, und der mit den von dir genannten 115V läuft (250V nur wegen der 
einfachen Rechnung).

Wenn du in der Wahl des Motors frei bist, dann schau dich mal im 
Modellbausektor um. Ein 250W Motor mit dazu passendem Akku ist kein 
Problem, da es dir auf das Gewicht und nicht auf den Preis ankommt wirst 
du bei einem LiFeS Akku landen de hat die höchste Leistungsdichte.

Beantworte mir mal noch neben all der anderen offenen Fragen, woher hast 
du ein 115V@70mA Netz??? Das erscheint mir höchst seltsam.

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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LiPo haben eine Energiedichte von 150-200 WattStunden/Kg leichter geht 
es nicht ;)
Mal Schnell nen Pollin-Akku berechne: ....3,7V x 1,1AH x 1000/24g = 
169Wh/Kg

Haben den Vorteil dass die Entladekurve nicht so krass bergab geht wie 
beim Kondensator.

Anselm

p.S.: Einzige was mich bei den Zellen stört ist dass man 41 davon 
braucht scnr

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Blond ich bin, 60Ws nicht Wh... 1 akku = 3,7x1,1 = 4,07 => 4,07Wh x 
3600s = 14600Ws
reicht dicke, wa? ^^

Autor: WillNenIsepi (Gast)
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Alle festen Parameter habe ich im ersten Beitrag angegeben. Ausser 
vielleicht das der Motor pro Stunde nur sechs mal für die 3s betrieben 
werden muss.
Momentan habe ich eine rein mechanische Lösung (mit einer Gasdruckfeder 
als Speicher) entwickelt, möchte allerdings zusätzlich feststellen ob 
eine elektrische Lösung nicht besser wäre.
Ich habe jetzt zwar verstanden das ich nicht ohne weiteres Kondensatoren 
einsetzten kann und bin eigentlich auch von der Lösung weg. Von Epcos 
(http://www.epcos.de/web/generator/Web/Sections/Pre...) 
gibt es aber Kondensatoren mit 3*300uF@230V, was ja schon in die 
Richtung die ich brauche geht... ok, die werden dann groß und schwer, 
hmm.
Bei Akkus bekomme ich das Problem, sie nach einer kürzeren Betriebsdauer 
austauschen zu müssen, was bei meiner Anwendung nur schwer möglich sein 
wird.

@wiebel42
> Beantworte mir mal noch neben all der anderen offenen Fragen, woher hast
> du ein 115V@70mA Netz??? Das erscheint mir höchst seltsam.
Ist das Bordnetz vom A380 :-(

Autor: Michael Waiblinger (wiebel42)
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Ernsthaft??? ein Verkehrsflugzeug??? Na, Bravo, viel Spass. ;)

@Anselm 68
Ist korrekt, aber bei einer 3s Belastung halte ich die Energiedichte für 
weniger wichtig als die Leistungsdichte. Ein LiPo der so klein wäre das 
er eben so die nötige Energie aufbringen könnte, würde niemals die 
erforderliche Leistung bringen. Komplette Entladung in 3Sec entspricht 
ca. einer Strombereitschaft von 1000C und da sind die LiFeS doch 
zumindest etwas näher dran.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Tolles Bordnetz.
Coldcaps sind übrigens unbrauchbar, die haben einen unheimlich hohen 
Innenwiderstand.
Es gibt zwar von WIMA Supercaps, die haben auch 100F aufwärst bei 2,5V 
und dabei einen ESR im Milliohm-Bereich, dafür aber auch zwei- bis 
dreistellige Preisvorstellungen.

Autor: WillNenIsepi (Gast)
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Danke erstmal für die ganzen Antworten, leider kann ich mich die 
nächsten 10 Tage nicht weiter mit dem Thema beschäftigen, werde ab dem 
20. aber wieder einsteigen und einstellen welchen Weg ich weiter gehe.
In diesem Sinne Frohe Ostern.

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