Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leistung eines Entladewiderstandes berechnen


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von Elwa (Gast)


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Hallo,

ich sitze gerade an folgender Überlegung:

Gegeben sei eine Kondensatorbank (parallel geschaltete Kondensatoren) 
mit 8800µF. Diese sei auf eine Spannung von 1800V aufgeladen. Nun wird 
diese Kondensatorbank über einen 70 Ohm Widerstand entladen.

Nun ist mir nicht klar, wie man die Leistung des Widerstandes 
dimensionieren müsste.
Meine Überlegung bislang ist, dass im Kondensator ja die Energie 
E=(1/2)*C*U² gespeichert ist. Würde ich nun über die Entladezeit (t) 
P=E/t berechnen, hätte ich ja zumindest eine Leistung berechnet. Jedoch 
glaube ich nicht, dass dies dann schon die Leistung des Widerstandes 
darstellt.

Könnte ihr mir hier ein wenig weiterhelfen?

Vielen Dank,

Elwa

von HildeK (Gast)


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Elwa schrieb:
> Nun ist mir nicht klar, wie man die Leistung des Widerstandes
> dimensionieren müsste.

Naja, wenn das C auf 1800V aufgeladen ist, so sieht der Widerstand am 
Anfang diese 1800V. U²/R ist die max. Leistung (hier 46kW), die dein 
Widerstand dann abbekommt.
Dass diese Leistung während der Entladung geringer wird und für kurze 
Zeit ein Widerstand auch mal überlastet werden dürfte, macht die 
Dimensionierung etwas komplizierter, wenn man das dann ausnützen will. 
Groß wird er trotzdem ...

von 6a66 (Gast)


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HildeK schrieb:
> Dass diese Leistung während der Entladung geringer wird und für kurze
> Zeit ein Widerstand auch mal überlastet werden dürfte,

Bei einem Tau von R*C = 616ms wüde ich mal nicht mehr von kurz ausgehen.
Nehmen wir mal an dass der etwa 1 Tau lang ohne durchzubrennen durchhält 
sind das immerhin noch 37% von 1,8kV = 6,3kW die danach anfallen, auch 
noch recht ordentlich.

rgds

von Pandur S. (jetztnicht)


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Wie schnell soll der Kondenser denn entladen werden ? Tau = R*C

von Klaus (Gast)


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Vielleicht gibt es ja auch noch einen Ansatz über den Effektivwert des 
Stromes?
Wenn man diesen berechnen könnte (über die Entladefunktion des 
Kondensators), so  könnte man die Leistung des Widerstandes ja gemäß 
P=R*Ieff² berechnen?

von Falk B. (falk)


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@Elwa (Gast)

>Nun ist mir nicht klar, wie man die Leistung des Widerstandes
>dimensionieren müsste.

Man muss zwischen Spitzenleistung, mittlerer Leistung und Gesamtenergie 
unterscheiden.

8,8mF@1,8kV sind 14,2kJ. Eine Entladung mit 70 Ohm ergibt ein tau von 
616ms mit einer Spitzenleistung vom 46,2kW.

Pi mal Daumen kann man sagen, daß Pulsbelastungen <100ms vom 
Widerstandsmaterial direkt in Wärme umgesetzt werden und kurzzeitig 
aufgenommen werden müssen. Bei längeren Einwirkzeiten setzt dann 
Wärmeleitung in den Träger des Widerstandsmaterials (Keramikkörper) und 
die Umwelt ein. Nach einer Entladezeit von 1 tau ist die Spannung au 
~36%, die Energie im Kondensator auf ~13% gefallen, nach 2 tau sind es 
13,5% der Spannung und 1,8% der Energie. D.h. nach 2 tau ist die 
Entladung aus energetischer Sicht praktisch beendet. Nun muss man 
wissen, da viele Drahtwiderstände mit bis zu Faktor 10 in Sachen 
leistung für 5s überlastet werden können. D.h. die 46,2kW 
Spitzenleistung kann man mit Widerständen erreichen, welche nur 4,6kW 
Dauerleistung aushalten. Wenn man das ganze über die mittlere Leistung 
brechent, kommt man auf 14,2kJ/1,2s = 11,5kW. Das wäre aber 
überdimensioniert, demm man wird sicherlich NICHT die Kondensatorbank im 
1,2s Zeitraster entladen wollen ;-)
Wenn man die Widerstände noch kleiner dimensionieren möchte, muss man in 
Richtung Massewiderstände gehen, die können sehr hohe Energien sehr 
schnell direkt im Widerstandskörper aufnehmen. Das gilt aber nur für 
Einzelentladungen. Die mittlere Leitung ist eher gering, und diese mus 
man beachten wenn sich der Vorgang periodisch widerholt.

Beitrag "Re: Pulsfester Widerstand gesucht"

Beitrag "Re: Maximale Peakleistung von Widerständen"

von Werner H. (werner45)


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Als hochbelastbare Widerstände kann man "Tauchsieder" bzw. 
Waschmaschinenheizungen zusammenschalten. Die kann man dann auch mit 
Wasser kühlen (Eimer).
Sowas habe ich mal in einem großen Lasernetzteil entdeckt.

Gruß   -   Werner

von Klaus R. (klara)


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Elwa schrieb:
> Könnte ihr mir hier ein wenig weiterhelfen?

LTspice. Eine Sache von 2 Minuten.
mfg klaus

von Werner H. (werner45)


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Ergänzung:

Für eine luftgekühlte Version bieten sich die Heizungen eines Toasters 
an.

Gruß   -   Werner

von Elwa (Gast)


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@Falk Brunner:
Super, herzlichen Dank für deine ausführliche Antwort und die beiden 
Links :)

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Wenn du die Wärmekapazität und den Wärmewiderstand des Widerstands in
Erfahrung bringen kannst, kannst du (zumindest ungefähr) aus dem
Leistungsverlauf über die Zeit (der sich aus R, C und der
Anfangsspannung ergibt) den Temperaturverlauf über die Zeit berechnen.
Dieser darf zu keinem Zeitpunkt die maximale Temperaturbelastung des
Widerstands überschreiten.

Ich weiß nur nicht genau, welche Hersteller von Leistungswiderständen
entsprechende Informationen zu ihren Produkten liefern.

von Falk B. (falk)


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@Yalu X. (yalu) (Moderator)

>Ich weiß nur nicht genau, welche Hersteller von Leistungswiderständen
>entsprechende Informationen zu ihren Produkten liefern.

Keiner. Nur bei Pulswiderständen wird die maximale Pulsenergie 
angegeben.

von Waldemar Z. (waldemar_z)


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Nicht lange rumrechnen...
Entladekurve linearisieren, aus dem Dreieck die mittlere Leistung (1/2 
P_max) ermitteln (=Leistung des Widerstands). So hat man noch etwas Luft 
nach oben...

: Bearbeitet durch User
Beitrag #4973119 wurde vom Autor gelöscht.
von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Falk B. schrieb:
> @Yalu X. (yalu) (Moderator)
>
>>Ich weiß nur nicht genau, welche Hersteller von Leistungswiderständen
>>entsprechende Informationen zu ihren Produkten liefern.
>
> Keiner.

Ich bin jetzt nicht alle x Produktlinien aller y Widerstandshersteller
durchgegangen, um nachzuprüfen, ob du recht hast. Deswegen glaube ich
dir einfach mal :)

Aber warum tun sich die Hersteller so schwer, diese Informationen zu
liefern?

Statt einfach diese 3 Zahlenwerte zu bestimmen und ins Datenblatt zu
schreiben, findet man darin üppige Diagramme und sonstige Informationen,
die zwar schön anzusehen sind, aber nur für ein paar wenige, ganz
spezielle Einsatzfälle überhaupt Relevanz haben. Ein Beispiel für solch
einen Einsatzfall ist ein Rechteckimpuls von 5s Dauer. Der hat aber mit
der kurzen, aber hohen Leistungsspitze, mit der es der TE bei seiner
Kondensatorentladung zu tun hat, so gut wie nichts gemein.

Will man von diesen Informationen auf die Eignung des Widerstands für
eine andere Anwendung schließen, ist man auf abenteuerliche Schätzungen
angewiesen, mit denen man mit hoher Wahrscheinlichkeit um mehr als eine
Größenordnung daneben liegt. Auch Faustregeln kann man angesichts der
riesigen Vielfalt an Bauformen von Hochlastwiderständen kaum vertrauen.

Man kann natürlich versuchen, aus Diagrammen, die den Temperaturverlauf
über der Zeit für einen bestimmten Fall zeigen, auf die physikalischen
Parameter rückzuschließen. Das ist aber sehr aufwendig und ungenau und
damit meist wenig praktikabel.

Will man den Widerstand nicht hoffnungslos überdimensionieren, bleibt am
Ende oft nur das Prinzip von Versuch und Irrtum, d.h. man findet in
einer Versuchsreihe mit mehreren Widerstandstypen denjenigen heraus, der
die Belastung gerade noch so aushält, und wählt dann einen aus, der eine
vergleichbare, aber um eine Stufe höherskalierte Bauform hat.

Ingenieurmäßiges Arbeiten stelle ich mir anders vor :)

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Komisch, irgendwie scheinen sich da ein paar Leute am gleichen Problem 
die Zähne auszubeissen:
Beitrag "Schutzschaltung (Crowbar) Dimensionierung"

Was wird das wohl? Und warum gerade 1800V, 8800µF und 70Ohm?
Im o.a. Thread sinds übrigens angeblich 11 Kondensatoren à 880µF in 
Reihe und damit weit entfernt von 8800µF.

von Manfred K. (mkch)


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Hallo
also, derjenige der so was verbaut, muss es auch auslegen. Das kann 
einem kein Widerstandshersteller abnehmen. Denn dazu muss man schon die 
Umgebungs- und Entlüftungs- und Umweltbedingungen kennen. Sind in der 
Nähe Bauteile montiert, die beschädigt werden falls die Temperaturen zu 
hoch werden...
Ein weiterer Punkt, wie schaut es im Störfall aus, also wenn das 
Entladung mal klebt. Wie lange brauche ich zur Fehlererkennung etc. 
Also, nicht zu knapp auslegen.
Viele Grüße Manfred

von Klaus R. (klara)


Angehängte Dateien:

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Hallo,
nun ja, die Simulation mit LTspice hat doch etwas länger als 2 Minuten 
gedauert. Falk liegt mit seinen Einschätzungen richtig, wie gewöhnlich.

mfg klaus

von Falk B. (falk)


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@Yalu X. (yalu) (Moderator)

>Aber warum tun sich die Hersteller so schwer, diese Informationen zu
>liefern?

Weil die meisten Widerstandstypen nicht dafür gemacht sind und der 
Hersteller das weder testen noch garantieren will.

>Statt einfach diese 3 Zahlenwerte zu bestimmen und ins Datenblatt zu
>schreiben,

Die er dann GARANTIEREN muss! Wenn das von der Masse der Konsumenten 
nicht bezahlt wird, läßt er es.

>Will man von diesen Informationen auf die Eignung des Widerstands für
>eine andere Anwendung schließen, ist man auf abenteuerliche Schätzungen
>angewiesen,

Oder eigene Versuchsreihen.

>Parameter rückzuschließen. Das ist aber sehr aufwendig und ungenau und
>damit meist wenig praktikabel.

Stimmt.

>Ingenieurmäßiges Arbeiten stelle ich mir anders vor :)

Stimmt, aber wie gesagt, es gibt auch Pulswiderstände, bei denen das 
ganz klar spezifiziert und damit garantiert ist.

von Falk B. (falk)


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@ Klaus Ra. (klara)

>gedauert. Falk liegt mit seinen Einschätzungen richtig, wie gewöhnlich.

Nanana, ich bin nicht der Papst. ICH bin nur allzuoft fehlbar. 8-0

von Wolfgang (Gast)


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Waldemar Z. schrieb:
> Nicht lange rumrechnen...
> Entladekurve linearisieren, aus dem Dreieck die mittlere Leistung (1/2
> P_max) ermitteln (=Leistung des Widerstands). So hat man noch etwas Luft
> nach oben...

In den ca. 400ms wird nichtmal der Widerstandskörper richtig warm, wenn 
du ihn im Mittel mit Nennleistung belastest.

von Patrick (Gast)


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Zur Not einfach ein paar Glühbirnen in Reihe, sodass ihre Nennspannung 
in Summe etwas über deinen 1800 Volt liegt, also 8 Stück in Reihe.
Wenn du noch an 100-Watt-Birnen rankommst, dann nimm solche; oder aber 
die Halogenstäbe aus großen Baustrahlern, die haben 700 Watt oder noch 
mehr. Auf die 46 kW Anfangsleistung kommst du damit nicht (sondern hier 
auf etwa 5,6 kW), es sei denn, du schaltest mehrere dieser Konstrukte 
parallel.
"Vorteil" wäre hier auch, dass die Glühfäden mit sinkender Spannung und 
somit Temperatur niederohmiger werden und die "späte" Entladung noch 
etwas beschleunigen.
Hast du die Anforderung, dass innerhalb von 2,5 Sekunden die 
Kondensatoren entladen sein müssen? Das ist sehr sportlich, ich glaube 
kaum, dass du das mit einem einzelnen Bauelement, das nicht gerade 
"bananenkistengroß" ist, hinbekommst.
Die 70 Ohm kannst du genausogut durch eine Parallelschaltung mehrerer 
hochohmiger Widerstände realisieren, meinetwegen 100-Watt-Typen. 
Rechnerisch wären es (mit Nennlast zu Anfang) dann 33 kOhm und davon 460 
Stück...
Da biste wohl mit der Lampenlösung mit weniger Aufwand am Ziel :)

von Anja (Gast)


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Hallo,

bei 1800V würde ich eher Reihenschaltung als Parallelschaltung 
verwenden.
Außerdem haben niederohmigere Draht-Widerstände dickeren Draht und sind 
daher besser für Impulslasten geeignet.

Nimmt man mal das Datenblatt eines 17W Widerstandes so hat er unterhalb 
von 10 Ohm eine Impulsbelastbarkeit von ca 100 J.
http://www.vitrohm.com/content/files/vitrohm_series_khs_-_201612.pdf

Bastellösung:
Also braucht man nur ca 140 Widerstäne in Reihen/Parallelschaltung.
Also entweder 2 Stränge mit 2,2 Ohm zu je 64 Widerständen (sollte 
reichen)
oder 3 Stränge mit 3,3 Ohm mit ebenfalls je 64 Widerständen.

Für ein Serienprojekt würde ich das ganze mit dem Widerstandshersteller 
abstimmen.

Gruß Anja

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Yalu X. schrieb:
...> Ich bin jetzt nicht alle x Produktlinien aller y 
Widerstandshersteller
> durchgegangen, um nachzuprüfen, ob du recht hast. Deswegen glaube ich
> dir einfach mal :)
...
> Ingenieurmäßiges Arbeiten stelle ich mir anders vor :)

Ingenieursmäßiges Arbeiten heißt erstmal "nicht raten, sondern Fakten 
schaffen".

Wenn er's aus dem Datenblatt nicht rauslesen kann, greift dieser 
Ingenieur zum Telefon und spricht mit einem FAE. Der liest ihm im 
Zweifelsfall das Datenblatt vor. Ansonsten fragt er seine Entwicklung.

Mir passiert es oft genug, dass meine Fragen interessant genug sind, 
dass diese direkt in die Entwicklung getragen werden. Und wenn man 
erstmal seine ganz persönlichen Einträge in den Errata Sheets bzw. 
Datenblättern hat, führt man auf der nächsten Messe ganz andere 
Gespräche. ;)

marcus

P.S.: der TO hebt sich hier schon recht angenehm aus der Foren-Masse ab, 
weil er viele notwendigen Informationen liefert.
Für eine ingenieursmäßig Auseinandersetzung mit einem Produkt fehlen 
dann aber im Eingangspost noch die Umwelt- und Einsatzbedingungen. So 
gehen wir halt mal von Igors fliegendem Aufbau in Dr. Frankensteins 
Labor aus... :D

von Manni (Gast)


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Elwa schrieb:
> Gegeben sei eine Kondensatorbank (parallel geschaltete Kondensatoren)
> mit 8800µF. Diese sei auf eine Spannung von 1800V aufgeladen

Glaube ich nicht. Zeige mal ein Bild davon.

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