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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kondensatoren in Reihe


Autor: Br4in (Gast)
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Hallo.

Ich habe da etwas Klärungsbedarf zu Kondensatoren in Reihe.
Wikipedia sagt dazu
>  [..]werden in der Regel in Reihe geschaltete Kondensatoren symmetriert,
> d. h. jedem Kondensator wird ein definierter hochohmiger Widerstand
> parallel geschaltet, damit eine definierte Spannungsaufteilung entsteht.
( siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik) )

Hier mein Beispiel:
Reihenschaltung von 7x470nF und 13x235nF (=20 Kondensatoren in Reihe) 
und jedem Kondensator ein Widerstand parallel.
Es sollte sich dann eine Gesamtkapazität von 14,24nF ergeben und bei 
U_max=630V eine Maximalspannung der Schaltung von 12,6kV (sollte etwas 
geringer ausfallen, da die 235nF-Kondensatoren durch die geringere 
Kapazität mehr Spannung abkriegen als die 470nF).
Verändert sich denn die Kapazität durch die Widerstände?
Lässt sich der benötigte Widerstand fundiert berechnen, wenn ja wie? Mir 
ist nur die Formel Tau=C*R bekannt, aber das sagt ja nur aus, wie 
schnell die Kondensatoren ge- und entladen werden (ca. 5*Tau).
Ich bedanke mich fürs Lesen und hoffe es kann mir jemand weiterhelfen.

Gruß,
Br4in

Autor: Ingolf O. (headshotzombie)
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Na, wer macht hier Deine Hausaufgaben?;-)

Autor: Br4in (Gast)
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Tut mir Leid Dich enttäuschen zu müssen, aber das sind nicht meine 
Hausaufgaben.
Wenn nicht gerade Ferien wären und ich in Physik nach 2 Jahren doch mal 
welche aufbekommen würde, würde es sich dabei um Compton-Streuung, 
Photoelektrischen Effekt und ähnliches handeln; ich glaube da wäre ich 
hier an der falschen Adresse.
Ich hoffe, dass mir trotzdem jemand bei meinem Problem helfen kann.

Gruß,
Br4in

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Die Widerstände sollen einen Strom fließen lassen, der mindestens 10 mal 
so groß ist wie der maximale, durch einen Kondensator fließende, 
Leckstrom. Aber Achtung, bei aufwendigeren Reihenschaltungen mit mehr 
als zwei Kondensatoren muß eventuell ein größerer Strom gewählt werden.

Kai Klaas

Autor: Br4in (Gast)
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Okay, jetzt macht das habe ich denke ich auch den Sinn verstanden - man 
schickt also 10x höheren Strom als den Leckstrom des Kondensators durch 
den Widerstand, um den Kondensator dadurch zu entlasten => weniger 
Leckstrom?
Wie lässt sich denn dieser Strom messen, ich denke es handelt sich dabei 
um ziemlich kleine Werte, wenn die Widerstände so hochohmig sind?
Dann bleibt noch die Frage, ob die Kapazität durch die Widerstände 
verändert wird. Leider findet man im Netz ziemlich wenig zu diesem 
Thema.
Danke schonmal für die Antwort.

Gruß, Br4in

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Br4in schrieb:
> man
> schickt also 10x höheren Strom als den Leckstrom des Kondensators durch
> den Widerstand, um den Kondensator dadurch zu entlasten => weniger
> Leckstrom?

Nein. Die Leckströme sind nur unterschiedlich groß, was dazu führt, dass 
sich der Kondensator mit dem kleinsten Leckstrom mit der Zeit die größte 
Spannung abkommt.
Wenn der externe Widerstand 10x kleiner ist, sind die sich ergebenden 
Unterschiede auch sehr klein und somit verteilt sich die Spannung 
gleichmäßig.

> Wie lässt sich denn dieser Strom messen, ich denke es handelt sich dabei
> um ziemlich kleine Werte, wenn die Widerstände so hochohmig sind?

Eher garnicht. Die Werte stehen meist im Datenblatt.

> Dann bleibt noch die Frage, ob die Kapazität durch die Widerstände
> verändert wird.

Verändert nicht, aber ob der höhere Leckstrom einen Einfluss hat, hängt 
von der Schaltung ab.

Autor: Br4in (Gast)
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Okay, in meinem Fall werde ich dann wohl die Datenblätter um den 
Leckstrom bemühen und entsprechende Widerstände einsetzen, bzw. diese 
evtl etwas kleiner dimensionieren (höhere Ströme).
Das wird denke ich um einiges besser sein, als die Kondensatoren einfach 
so in Reihe zu schalten; auch wenn es bei aufwändigen Reihenschaltungen 
nicht das Nonplusultra sein mag.
Danke jedenfalls, dass ihr etwas Licht ins Dunkel gebracht habt!

Gruß,
Br4in

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Was sind denn das für Kondensatoren? Und was ist das für einen 
Anwendung?

Kai

Autor: Br4in (Gast)
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Es handelt sich um Folienkondensatoren. Ich möchte für meinen 
Tesla-Trafo eine möglichst spannungsfeste Kondensatorbank aufbauen... 
die besagten Kondensatoren habe ich schon, jetzt blieb nur noch die 
Frage mit den Widerständen.
Ich habe inzwischen einige Aufbauten ohne Widerstände gesehen, 
allerdings möchte ich allein schon zum Entladen der Kondensatoren welche 
einsetzen um eine gewisse Sicherheit zu gewährleisten (die wird bei dem 
Thema leider oft vernachlässigt). Da macht es natürlich Sinn, das gleich 
optimal anzupassen, deshalb hatte ich auf eine Formel gehofft.

Gruß,
Br4in

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Gib mal ein Datenblatt für die Kondensatoren.

Kai Klaas

Autor: Br4in (Gast)
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Die Kondensatoren sollten diese sein: 
http://www.pilkor.net/pilkor/www/a/pilkor2005/pilk... 
Typ PCMT 468 63224 bzw PCMT 468 63474 - und das stellt mich schon vor 
das nächste Problem: V(AC)=250V, hier bin ich in Leichtgläubigkeit von 
dem DC-Wert ausgegangen, der auf den Kondensatoren steht. Sprich ich 
werde mir erstmal andere Kondensatoren suchen müssen, da ich mit meinen 
15x470n und 20x220n, die ich zur Verfügung habe nicht auf die 
Spannungsfestigkeit von ~11-12kV bei 14-15nF komme...
Nochmal danke für die Unterstützung!

Gruß,
Br4in

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Nicht nur die Spannung ist ungeeignet: Für diese hohe Impulsbelastung 
sind Kondensatoren mit Polypropylen als Dielektrikum notwendig, also 
MKP, besser noch FKP Typen.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> U_max=630V
Da solltest du aber im Datenblatt des Widerstands genau nach der 
Spannungsfestigkeit Schauen...

Zur Entladung der Kondensatorbank solltest du evtl. so was im Bereich um 
30 Sekunden ansetzen, denn sonst geht dir zuviel Energie in den 
Widerständen verloren...

Also gilt t=RC=ca.5sec
daraus folgt R=5/C=5/470n=10MOhm

> Es handelt sich um Folienkondensatoren.
Dann ist der Lecksrom eher gering...

Mit Balancer-Widerständen lassen sich keine dynamischen Lasten 
ausgleichen...

Autor: Br4in (Gast)
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Hmm okay... am sinnvollsten wäre es wohl 32-33 470n Wima-MKPs in Reihe 
zu schalten, wobei das natürlich auch ins Geld geht... da muss ich mir 
noch was überlegen.
@Lothar: Ist das mit den Widerständen wirklich so problematisch? Ich 
habe inzwischen einige Aufbauten gefunden, in denen gewöhnliche 
1/4W-Widerstände verbaut sind und die wohl funktioniert haben (Beispiel: 
http://www.alansharp.co.uk/Caps.htm#Mounting )

Gruß,
Br4in

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>@Lothar: Ist das mit den Widerständen wirklich so problematisch? Ich
>habe inzwischen einige Aufbauten gefunden, in denen gewöhnliche
>1/4W-Widerstände verbaut sind und die wohl funktioniert haben

Was Lothar wahrscheinlich sagen wollte ist, daß beim Aufladen und 
Entladen der Strom durch die Kondensatoren bei unterschiedlichen 
Kapazitäten oder anderen unterschiedlichen Parametern (z.B. ESR, ESL) 
zusätzliche Unterschiede in den Spannungsabfällen zur Folge haben kann, 
die du mit den Widerständen nicht wegsymmetrieren kannst.

Das bedeutet für dich beispielsweise, daß nur Kondensatoren gleichen 
Typs und gleicher Kapazität in Reihe geschaltet werden sollten, daß du 
enorme Reserven in der Spannungsfestigkeit der Kondensatoren einplanen 
solltest und daß Lade- und Entladevorgang gut kontrolliert sein sollten. 
Für die Kondensatoren sollten nur Sicherheitsbauteile verwendet werden, 
die eine besonders niedrige Ausfallrate zeigen. Überlege dir einfach, 
was passiert, wenn ein Kondensator durch Kurzschluß ausfällt, und die 
restlichen Kondensatoren nun eine größere Spannung verkraften müssen...

Kai Klaas

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Br4in schrieb:
> Ist das mit den Widerständen wirklich so problematisch? Ich
> habe inzwischen einige Aufbauten gefunden, in denen gewöhnliche
> 1/4W-Widerstände verbaut sind und die wohl funktioniert haben

Übliche 1/4W Widerstände sind nur für 250V spezifiziert. Das heißt 
natürlich nicht, dass diese schon bei 300V kaputt gehen. Das doppelte 
ist meist schon drin, oft noch deutlich mehr. Mit der Zeit kann es 
allerdings passieren, dass diese Widerstände hochohmiger werden. Da die 
Laufzeit der Kondensatorbank allerdings eher gering ist, stellt das 
meist kein Problem dar. Besser sind natürlich ordentliche Widerstände 
mit ein paar kV Spannungsfestigkeit, aber die sind oft schwer zu 
bekommen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Übliche 1/4W Widerstände sind nur für 250V spezifiziert.

Man könnte ja mehrere von ihnen in Serie schalten, wäre nicht mal teuer.

Kai Klaas

Autor: Br4in (Gast)
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Dass Der Typ und die Kapazität möglichst einheitlich sein sollten, hatte 
ich vorher schon im Sinn. Die Kondensatoren hatte ich eben noch da und 
dachte ich könnte sie verwenden ohne neue kaufen zu müssen.
Gibt es für die von dir beschriebenen Kondensatoren einen Geheimtipp, 
für den ich mich nicht in riesige Unkosten stürzen muss?
Mein Beispiel mit den MKPs hätte bei 400VAC ja 13,2kV - das wäre bei ca 
9kV Spannung vielleicht gerade im grünen Bereich?
Andernfalls müsste ich zuverlässige Kondensatoren finden, die hohe 
Spannungen abkönnen und/oder hohe Kapaziät mitbringen.

Gruß,
Br4in

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Gibt es für die von dir beschriebenen Kondensatoren einen Geheimtipp,
>für den ich mich nicht in riesige Unkosten stürzen muss?

Die vorgeschlagenen MKP sind schon eine gute Wahl. Was ich dir 
vorschlagen würde, ist nochmal deutlich teurer, deswegen verkneife ichs 
mir lieber...

Kai Klaas

Autor: Pink Shell (pinkshell)
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Mein Tipp: Spar nicht bei der Menge der Kondensatoren, und auch nicht 
bei der Spannungsfestigkeit der Einzel-Cs. Wenn bei der 
Spannungsaufteilung irgendwas nicht genau wie berechnet ist, und einer 
deiner Cs ist überlastet und schlägt durch, dann knallt dir die ganze 
Kette wie ein Knallfrosch ab, nur schneller.

In der Spannungsbelastbarkeit würde ich mindestens einen Faktor 1,5 
einbauen.

Autor: Pink Shell (pinkshell)
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Ach ja, und wenn du die Kondensatorbank mit Wechselspannung betreibst, 
dann kannst du die ganzen Leckströme und Parallelwiderstände vergessen. 
Die Spannungen teilen sich dann auf wie die Blindwiderstände. Deine 
235nF Cs werden dabei doppelt so viel Spannung sehen wie die 470nF Cs. 
Dazu kommen noch Toleranzen, die stehen auch im Datenblatt.

Mein Tipp: Den Tesla-Trafo probehalber mal mit z.B. ein Prozent der 
gewünschten Spannung betreiben, und nachmessen wie sich die Spannungen 
wirklich aufteilen. Das wird unsymmetrischer rauskommen als du denkst.

Autor: Br4in (Gast)
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Okay, also das Ganze wird mit Wechselspannung betrieben.
Ich werde jetzt versuchen, 32-33 MKPs mit 700VAC Spannungsfestigkeit zu 
bekommen, dann habe ich über 20kV Gesamtspannungsfestigkeit. Das sollte 
als Toleranzspielraum genügen.
Wenn bei Wechselstrom die Leckströme keine Rolle spielen, werde ich wohl 
20s Entladezeit ansetzen, also jedem Kondensator R = 20/(5*C) = 8,5MOhm 
parallel schalten. Ich denke, dass ich damit sowohl von der Entladezeit 
als auch von den Verlusten ganz gut fahre.
Danke nochmal an alle für die Hilfe!

Gruß,
Br4in

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