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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Blockkondensator abgeraucht


Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

mir ist grad der Blockkondensator einer Schrittmotorendstufe abgeraucht. 
Die Spannungsfestigkeit des C war mit 25V angegeben und betrieben wurde 
er an 24V. Kann es sein, dass das zu knapp bemessen war? Zusätzlich muss 
noch erwähnt werden, dass es in der Umgebung des Kondensators ziemlich 
warm war. Möglicherweise hat das dazu beigetragen.

Gruß
Chris

Autor: mhh (Gast)
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Du musst einen mit wenigstens 35V verwenden.

Autor: Chris (Gast)
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Hätte nicht gedacht, dass die Dinger so empfindlich sind. War übrigens 
ein Aluminium Elko, hatte ich nicht erwähnt. Und an altersschwäche ist 
der auch nicht gestorben. Die Schaltung lief ca. 5 Stunden.

Autor: mhh (Gast)
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Chris schrieb:
> Hätte nicht gedacht, dass die Dinger so empfindlich sind.

Das hat nichts mit Empfindlichkeit zu tun. Du betreibst ihn einfach an 
der Grenze seiner Spannungsfestigkeit. Maximalwert und Betriebswert 
sollten sich bei der BE-Auswahl nie auf gleichem Niveau befinden.

Autor: Chris (Gast)
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Naja, ich würde das schon als empfindlich bezeichnen, aber darüber kann 
man letzten Endes philosophieren, wenn man das möchte  ;)

Ich hab ihn ja nicht am Maximalwert betrieben sondern knapp darunter 
(auch wenn sicherlich Spitzen über 25V vorkommen).

Autor: mhh (Gast)
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Chris schrieb:
> Ich hab ihn ja nicht am Maximalwert betrieben sondern knapp darunter
> (auch wenn sicherlich Spitzen über 25V vorkommen).

Widerspruch und Ursache zugleich.

Autor: Nachtaktiver (Gast)
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Vorallen auf einer Motorsteuerungskarte muss der Kondensator die 
Spannungsversorgung gut abfedern wo einer mit nur 25V spezifierter 
Kondensator leider unterdimensioniert ist.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Chris schrieb:
> Naja, ich würde das schon als empfindlich bezeichnen,
Ich nicht.

> aber darüber kann
> man letzten Endes philosophieren, wenn man das möchte  ;)
Nö kann man nicht.

Aber man kann Datenblätter lesen, wenn man keine Ahnung hat.

> Ich hab ihn ja nicht am Maximalwert betrieben sondern knapp darunter
> (auch wenn sicherlich Spitzen über 25V vorkommen).
Und da wundert sich noch einer. Gerade wenn der Schrittmotor abbremst, 
wird ordentlich Strom induziert, der die Spannung am Kondensator 
hochtreiben lässt. Gestern war hier ein Thread, da hat jemand auf diesem 
Wege seinen L6205 gekillt.

Autor: eProfi (Gast)
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Was noch nicht erwähnt wurde: die Ripple-Strom-Belastung, sowohl durch 
das Netz (100 Hz), als auch durch den Blindstrom, der beim Choppen 
zwischen L und C hin- und herfließt.
Wundert mich nicht, dass er die Grätsche macht.

LowEsr ist hier angesagt (kenne aber Deine Eckdaten nicht)

Autor: Chris (Gast)
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Simon K. schrieb:
> Chris schrieb:
>> Naja, ich würde das schon als empfindlich bezeichnen,
> Ich nicht.

Ist ja nicht schlimm, wenn du das nicht kannst.

>> aber darüber kann
>> man letzten Endes philosophieren, wenn man das möchte  ;)
> Nö kann man nicht.

Doch, kann man. Du hättest schreiben müssen: "Nö kann ICH nicht"

> Aber man kann Datenblätter lesen, wenn man keine Ahnung hat.

Kann man, aber im Datenblatt steht nichts Aufschlussreiches. Kannst ja 
gern selber reingucken. Vielleicht hab ich was übersehen...

http://de.farnell.com/rubycon/25ml47m6-3x5/kondens...

>> Ich hab ihn ja nicht am Maximalwert betrieben sondern knapp darunter
>> (auch wenn sicherlich Spitzen über 25V vorkommen).
> Und da wundert sich noch einer. Gerade wenn der Schrittmotor abbremst,
> wird ordentlich Strom induziert, der die Spannung am Kondensator
> hochtreiben lässt. Gestern war hier ein Thread, da hat jemand auf diesem
> Wege seinen L6205 gekillt.

Der Ripple beträgt (mit Scope gemessen) im Maxiumum +/- 0.5V (wozu gibts 
Clampdioden)
Ich verstehe auch nicht warum ein Schrittmotor "gerade beim Abbremsen" 
mehr Ripple Current erzeugen sollte. Das musst du mir erklären, wenn du 
kannst. Ich bin sehr gespannt  ;)

Autor: HildeK (Gast)
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Chris schrieb:
> Simon K. schrieb:
>> Chris schrieb:
>>> Naja, ich würde das schon als empfindlich bezeichnen,
>> Ich nicht.
>
> Ist ja nicht schlimm, wenn du das nicht kannst.

Gerade Elkos könne recht nahe an der Maximalspannung betrieben werden, 
ohne relevanten Einfluss auf die Lebensdauer - aber eben nicht darüber!
Hohe Ströme und hohe Temperaturen sind deren Feind.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Chris schrieb:
> Der Ripple beträgt (mit Scope gemessen) im Maxiumum +/- 0.5V (wozu gibts
>
> Clampdioden)

Ripple gibt es beim schwäbischen Metzger aka Fleischereifachverkäufer 
,-)

Es geht um den Rippel-strom, nicht um die Rippelspannung Du 
Pseudo-Experte!

Und der wird erfahrungsgemäß  bei etlichen Ampere liegen.

Zuviel für den knapp bemessenen Elko.

Autor: Florian Völzke (Gast)
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Der Ton in dieser Diskussion ist ja wirklich herzallerliebst...

Andrew Taylor schrieb:
> Es geht um den Rippel-strom, nicht um die Rippelspannung Du
> Pseudo-Experte!

Allerdings kann man aus der Ripplespannung bei bekanntem ESR ganz 
passabel auf den Ripplestrom schließen. Zumindest wenn die Kapazität im 
Zwischenkreis groß genug ist und so dU = I*dt/C nicht der dominierende 
Effekt ist. (Und selbst dann könnte man, mit Oszi und so...)

Aber in der Tat wird hier wohl der viel zu hohe Ripplestrom das Ende des 
Elkos eingeläutet haben.

Autor: Robert L. (lrlr)
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als Aussenstehender (der keine Ahnung hat um was es hier geht)

die "Beleidigungen"  könnte man sich halt sparten..

>Als Rippelstrom (engl. ripple current)

ich würd mal sagen, englische Begriffe zu verwenden, ist jetzt nicht SOO 
unüblich in dem Bereich..


>Rippel-strom, nicht um die Rippelspannung

dacht mir immer da wäre ne Spannung nötig, damit Strom fließt

wiki sagt auch: "überlagerte wechselSPANNUNG"

http://de.wikipedia.org/wiki/Rippelstrom

dort steht allerdings auch ,dass das bei alu-dingern nicht so ideal 
sei...


zum thema: warum man jetzt bei einem  25€Cent teil, überhaupt drüber 
nachdenkt, es so knapp zu betreiben ... versteh ich allerdings auch 
nicht

Autor: Chris (Gast)
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Wow, es gibt sie noch. Menschen die ohne beleidigend zu werden eine 
Frage beantworten können.

> Allerdings kann man aus der Ripplespannung bei bekanntem ESR ganz
> passabel auf den Ripplestrom schließen.

Ja, ich dachte bisher auch immer, da gibt es einen Kausalzusammenhang. 
Aber ich lasse mich gern von den echten Experten hier im Forum belehren.



>zum thema: warum man jetzt bei einem  25€Cent teil, überhaupt drüber
>nachdenkt, es so knapp zu betreiben ... versteh ich allerdings auch
>nicht

Das war nur eine Improvisation. Geplant war ein anderer, der musste aber 
nachbestellt werden. Mittlerweile ist er drauf und damit wirds dann 
hoffentlich laufen.

Danke nochmal an alle für eure Beiträge

Gruß
Chris

Autor: Sven W. (Firma: basement industries) (dj8nw)
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Chris schrieb:
> Hallo,
>
> mir ist grad der Blockkondensator einer Schrittmotorendstufe abgeraucht.
> Die Spannungsfestigkeit des C war mit 25V angegeben und betrieben wurde
> er an 24V. Kann es sein, dass das zu knapp bemessen war? Zusätzlich muss
> noch erwähnt werden, dass es in der Umgebung des Kondensators ziemlich
> warm war. Möglicherweise hat das dazu beigetragen.
>
> Gruß
> Chris

Das ist typisch Fernsehtechnik, wenn an nem R 1/4W umgesetzt wird, wird 
auch definitiv nur ein 1/4W Widerstand eingebaut, alles am Limit, und 
irgendwann kommt das Bauteil dann halt.
Meiner Ansicht nach lieber immer mindestens 20% von den Grenzdaten 
überdimensionieren.

Gruß, Sven

Autor: Chris (Gast)
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Sven W. schrieb:
> Das ist typisch Fernsehtechnik, wenn an nem R 1/4W umgesetzt wird, wird
> auch definitiv nur ein 1/4W Widerstand eingebaut, alles am Limit,...

Hehe,

ja, ist mir durchaus klar. Der 25V Elko war auch nicht dafür vorgesehen. 
Der ursprünglich geplante ist nicht bestellt worden (ist wohl irgendwo 
untergegangen) und dann habe ich improvisiert in der Hoffnung, dass das 
ne Weile hält, hat ja auch für ne Weile recht gut funktioniert.

Autor: Sven W. (Firma: basement industries) (dj8nw)
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Chris schrieb:

> ja, ist mir durchaus klar. Der 25V Elko war auch nicht dafür vorgesehen.
> Der ursprünglich geplante ist nicht bestellt worden (ist wohl irgendwo
> untergegangen) und dann habe ich improvisiert in der Hoffnung, dass das
> ne Weile hält, hat ja auch für ne Weile recht gut funktioniert.

Ja gut, ich sag mal für "sicherererere" Bastelzwecke dann lieber die 2 
entsprechenden C´s mit niedriger Spgs-festigkeit in Reihe schalten;)
Zum probieren taugts allemal, bis zumindest die richtigen Teile da sind.
Mach ich auch immer so, sitzt Sonntag nachmittag da, Teil fehlt, und das 
scheiß Ding soll laufen;)

Gruß, Sven

Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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Gegen (geringe) Überspannung sind Alu-Elkos recht tolerant. Auf Dauer 
können z.B. 10...20% Überspannung allerdings dazu führen, dass die 
isolierende Oxidschicht (Dielektrikum) dicker wird. Das lässt die 
Kapazität etwas sinken.

Normale Alu-Elkos haben aber einen relativ großen ESR. An dem erzeugt 
der Ripplestrom eine Verlustleistung, die den Elko aufheizt.
Das kann den Elko überhitzen lassen und somit schnell zerstören.
Als Abhilfe kann man einen Low-ESR-Elko nehmen, oder ersatzweise einen 
Standard-Elko mit mehr Kapazität und größerer Bauform: Je mehr Kapazität 
ein Elko hat, desto weniger ESR hat er, und wegen der größeren Bauform 
kann er zudem mehr Verlustleistung abführen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Chris schrieb:
> (Unsinniges Geschwurbel)
>>> Ich hab ihn ja nicht am Maximalwert betrieben sondern knapp darunter
>>> (auch wenn sicherlich Spitzen über 25V vorkommen).
>> Und da wundert sich noch einer. Gerade wenn der Schrittmotor abbremst,
>> wird ordentlich Strom induziert, der die Spannung am Kondensator
>> hochtreiben lässt. Gestern war hier ein Thread, da hat jemand auf diesem
>> Wege seinen L6205 gekillt.
>
> Der Ripple beträgt (mit Scope gemessen) im Maxiumum +/- 0.5V (wozu gibts
> Clampdioden)
> Ich verstehe auch nicht warum ein Schrittmotor "gerade beim Abbremsen"
> mehr Ripple Current erzeugen sollte. Das musst du mir erklären, wenn du
> kannst. Ich bin sehr gespannt  ;)

Es geht nicht um den Ripple. Es geht darum, dass der Motor beim 
Abbremsen einen Strom erzeugt, die über die Clamp-Dioden an den MOSFETs 
(bzw. intrinsische Body Diode) auf die Versorgungsspannung geleitet wird 
und dort die Spannung hochtreibt.
Das ganze wird im Audio Class-D Bereich "Bus Pumping" genannt.

Warum wunderst du dich überhaupt, dass ein Bauteil kaputt geht, wenn die 
Spannung zu einem beliebigen Zeitpunkt (wenn auch nur kurz) über die vom 
Hersteller angegebene MAXIMALSpannung (deswegen heißt sie so!) steigt.
Klar kann das gut gehen. Muss aber nicht. Und ein Grund sich zu wundern, 
wenn er es nicht tut, gibt es nicht.

Autor: Michael O. (mischu)
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@Florian
Bist Du der Florian Völzke der beim Harald am ISEA seine Diplomarbeit 
gemacht hat?


@zum Thema
Für alle die sich noch nie Gedanken über die Lebensdauer von Elkos 
gemacht haben:
http://de.wikipedia.org/wiki/Aluminium-Elektrolytk...

In den Elko-Datenblättern werden neben Spannungsfestigkeit und 
Kapazitätswert häufig der ESR und der maximal zulässige Stromripple 
angegeben.

Typische Belastungen die zu einer Zerstörung führen:

1. Überspannung führt unweigerlich zu einer Zerstörung. Wie schnell das 
geschieht, hängt von Höhe und Dauer der Überspannung ab. Bei hohen 
Überspannungen kann es zu einem Kurzschluss zwischen Anode und Kathode 
kommen, bei etwas niedrigeren Überspannungen kann auf die Dauer ein 
Leckstrom zu einer starken Erwärmung und einem Ausfall führen.
(Ebenso natürlich Verpolen des ELKOs)

2. Wie oben beschrieben führt ein hoher Wechselstromanteil (der z.B. in 
schaltenden Anwendungen auftritt) zu Verlusten innerhalb des 
Kondensators. Diese Verluste heizen den Elko auf und reduzieren die 
Lebensdauer drastisch.

Wieviel Überspannung und Stromrippel ein konkreter Elko aushält hängt 
maßgeblich von seiner Auslegung und dem konkreten Betriebspunkt ab.


Bezogen auf die Anwendung kann Abhilfe schaffen:
1. Spannungsfestigkeit erhöhen (Schutz gegen transiente Überspannung)
2. Deutlich mehr Kapazität im System (kinetische Energie wird zum Laden 
von mehr Kapazität verwendet => rekuperieren erzeugt geringeren 
Spannungsanstieg)
3. Falls die Antriebe eine sehr niedrige Induktivität ist der 
Ripplestrom im Betrieb sehr hoch.
=> 3a. ESR verkleinern (z.B. durch niederinduktive Parallelschaltung 
mehrerer Elkos
=> 3b. Schaltfrequenz erhöhen
4. BrakeChopper verwenden, der im Abbremsfall bei Überschreiten einer 
Spannungsgrenze die Zwischenkreisspannung auf einem Widerstand verheizt.

Autor: Florian V. (florianv)
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Zusätzlich zu den theoretischen Hintergründen von 
Elektrolytkondensatoren ist wahrscheinlich der beste Weg rauszufinden, 
warum es gerade hier zum Versagen kam immer noch: Die Messung

Ist in den Rahmenbedingungen, in dem der alte Elko sein Leben ließ, 
signifikante Überspannung feststellbar? Kann sinnvoll der Ripplestrom 
bestimmt werden und wie hoch ist er? Erreicht der Elko auffällige 
Betriebstemperaturen?

Nach diversen Messungen an BLDC Antrieben bin ich vorsichtig geworden 
mit schnellen Schlussfolgerungen wie: Überspannung durch Bremsbetrieb. 
Ich habe keine Erfahrungen mit Schrittmotoren, aber bei BLDCs hat es 
sich als unerwartet schwierig herausgestellt, nennenswerte 
Zwischenkreisanhebung durch Bremsbetrieb zu erhalten.

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