Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Laden eines Kondensators mit begrenztem Strom


von HV (Gast)


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Hallo zusammen,

ich versuche zur Zeit mit einem HV-Netzgerät eine Kondensatorbank zu 
laden. Das Netzgerät liefert eine Spannung U=10kV und hat eine 
Strombegrenzung auf I=3mA.

Die Kondensatoren sind parallel geschaltet und besitzen eine 
Gesamtkapazität von C=4,753uF.

Diese Schaltung wollte ich in LTSpice simulieren und den Strom mit einem 
Vorwiderstand von R=3,33MOhm auf 3mA begrenzt. Die Ladezeit beträgt 
jetzt aber weit über 50s. Was ja auch klar ist bei einem Tau=R*C=15,82s 
und somit einer Ladezeit von 5*Tau=79,14s.
Das ist rechnerisch klar.

Jetzt stellt sich mir die Frage, warum der Ladevorgang mit dem realen 
Netzgerät und den realen Kondensatoren in ca. 8s vorbei ist und die 
Kondensatoren auf 10kV aufgeladen sind.

Stimmt etwas mit meiner Simlation nicht?

Grüße
HV

von Elli (Gast)


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> Stimmt etwas mit meiner Simlation nicht?

Nimm eine Konstantstromquelle (LTSpice: current).

von Peer (Gast)


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HV schrieb:
> Stimmt etwas mit meiner Simlation nicht?

Ja. Du willst die Kondensatoren ja auch mit einem konstantem Strom laden 
und nicht mit einer Spannung+Vorwiderstand.

Mal rechnen: 10kV*5*940nF/3mA=15s passt also ganz gut zu deinen 8s.

von Stefan F. (Gast)


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HV schrieb:
> U=10kV
> C=4,753uF

Ich vermute, dass die Kondensatoren sehr viel weniger Kapazität haben. 
Deine Kondensatorbank muss ja riesig groß sein. Zeige mal ein Foto!

Bei den kompakten Keramik-Kondensatoren wäre zu bedenken, dass sie ihre 
Nennkapazität nur bei sehr geringen Spannungen nahe 0 Volt haben. Je 
höher die Spannung, umso geringer ihre Kapazität.

von HildeK (Gast)


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Dein Netzgerät ist so lange in der Strombegrenzung und liefert 3mA bis 
die Cs geladen sind.
In deiner Simulation nimmt der Ladestrom aber stetig ab und ist nur bei 
ganz leeren Kondensatoren 4mA, sonst ist er (U1-Uc)/3.33MegΩ.

Wie sagte Elli doch:
Elli schrieb:
> Nimm eine Konstantstromquelle (LTSpice: current).

von Mike J. (linuxmint_user)


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Die Mathematik lügt erst mal nicht, es muss da eine andere Erklärung 
geben. :-)

Mal angenommen dein 3,3MOhm Widerstand wird irgend wo kurzgeschlossen 
und es fließt immer der Maximalstrom, dann dauert es immer noch etwa 16 
Sekunden bis der Kondensator voll geladen ist.

Hast du deine Kondensatoren mal nachgemessen ob die Kapazität stimmt?
Sind die Kondensatoren nach der Nutzung komplett leer?
Liefert das Netzteil vielleicht mehr als nur 10kV ?

von Thomas (Gast)


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Mike J. schrieb:
> Die Mathematik lügt erst mal nicht, es muss da eine andere Erklärung
> geben. :-)

Hier kommen wirklich 2 Effekte zum Tragen, beides wurde schon erklärt. 
Zum einen der Strom, zum anderen die Kapazitätsänderung. Die 
aufgedruckte Kapazität ist die bei ca. 0VDC, in besseren Datenblättern 
ist da immer ein Diagramm wie die Kapazität über Spannung abnimmt 
vorhanden.

von HildeK (Gast)


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Mike J. schrieb:
> Hast du deine Kondensatoren mal nachgemessen ob die Kapazität stimmt?
> Sind die Kondensatoren nach der Nutzung komplett leer?
> Liefert das Netzteil vielleicht mehr als nur 10kV ?

Oder ist die Strombegrenzung eher bei 6mA?

von Falk B. (falk)


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Thomas schrieb:
>
> Hier kommen wirklich 2 Effekte zum Tragen, beides wurde schon erklärt.
> Zum einen der Strom,

Der nicht vorhandene Konstantstrom.

> zum anderen die Kapazitätsänderung.

Nö.

> Die
> aufgedruckte Kapazität ist die bei ca. 0VDC, in besseren Datenblättern
> ist da immer ein Diagramm wie die Kapazität über Spannung abnimmt
> vorhanden.

Die meisten HV-Kondensatoren haben nur eine SEHR geringe 
Spannungsabhängigkeit der Kapazität. Das sind KEINE hochkapazitiven 
Keramikkondensatoren!

von HV (Gast)


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Danke für die vielen Antworten.

Stefanus F. schrieb:
> Zeige mal ein Foto!

Siehe Anhang. Die Kondensatorbank ist riesig groß. Es sind wohl 
Öl-Folien-Kondensatoren (russische, ohne Datenblatt...)

Mike J. schrieb:
> Hast du deine Kondensatoren mal nachgemessen ob die Kapazität stimmt?
> Sind die Kondensatoren nach der Nutzung komplett leer?
> Liefert das Netzteil vielleicht mehr als nur 10kV ?

Die Kapazitäten habe ich messtechnisch bestimmt.
Ja sind komplett leer und werden kurzgeschlossen gelagert.
Sollten höchsten 10 kV sein ;)

Elli schrieb:
> Nimm eine Konstantstromquelle (LTSpice: current).

Werde ich als nächstes ausprobieren und melde mich wieder.

Danke euch allen!!

von Mike J. (linuxmint_user)


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Falk B. schrieb:
> Die meisten HV-Kondensatoren haben nur eine SEHR geringe
> Spannungsabhängigkeit der Kapazität. Das sind KEINE hochkapazitiven
> Keramikkondensatoren!

Der GRM42A7U3F101JW31 (100pF / 3150V) hat bei seiner Nennspannung von 
3150V noch 84pF. Die verlieren also schon noch ein wenig Kapazität.

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Mike J. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Die meisten HV-Kondensatoren haben nur eine SEHR geringe
>> Spannungsabhängigkeit der Kapazität. Das sind KEINE hochkapazitiven
>> Keramikkondensatoren!
>
> Der GRM42A7U3F101JW31 (100pF / 3150V) hat bei seiner Nennspannung von
> 3150V noch 84pF. Die verlieren also schon noch ein wenig Kapazität.

Rede ich russisch? NEIN! Dein Kondensato IST ein Keramikondensator, wenn 
gleich nicht hochkapazitiv. Aber auch dieses Dielektrikum ist 
bestenfalls mittelmäßig und hat noch einem deutlichen 
Spannungskoeffizienten.

https://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM42A7U3F101JW31%23.html

Nimm mal einen, der WIRKLICH NP0 hat. Wobei das keine Garantie für ein 
bestimmtes Material ist, denn das ist nur die Kodierung des 
Temperaturkoeefizienten!

Aber von solchem Spielzeug reden wir hier nicht sondern von echten,, 
männlichen HV-Kondensatoren, die haben meist Folie oder Ölpapier als 
Dielektrikum.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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HV schrieb:

> ich versuche zur Zeit mit einem HV-Netzgerät eine Kondensatorbank zu
> laden. Das Netzgerät liefert eine Spannung U=10kV und hat eine
> Strombegrenzung auf I=3mA.

> Diese Schaltung wollte ich in LTSpice simulieren und den Strom mit einem
> Vorwiderstand von R=3,33MOhm auf 3mA begrenzt. Die Ladezeit beträgt
> jetzt aber weit über 50s.

> Jetzt stellt sich mir die Frage, warum der Ladevorgang mit dem realen
> Netzgerät und den realen Kondensatoren in ca. 8s vorbei ist und die
> Kondensatoren auf 10kV aufgeladen sind.
>
> Stimmt etwas mit meiner Simlation nicht?

Ja. Der Vorwiderstand liefert im Gegensatz zum Netzteil keinen 
konstanten Strom. Wenn nach 0.7 \tau (11 Sekunden) deine Kondensatoren 
auf die halbe Spannung aufgeladen sind, ist der Strom nur noch 1.5mA. 
Und je "voller" die Kondensatoren werden, desto langsamer geht es 
weiter.

von Robin (Gast)


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wurde doch schon alles gesagt ... anscheinend nur noch nicht von jedem 
gähn

von Martin L. (makersting)


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Wozu dient das Ganze eigentlich außer eine Todesfalle zu sein?

von Felix R. (felix_r698)


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Hat der 3M3 auch die Spannungsfestigkeit?

von Stefan F. (Gast)


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Felix R. schrieb:
> Hat der 3M3 auch die Spannungsfestigkeit?

Sicher, die Simulation berücksichtigt solche Grenzwerte nicht.

von Zähler (Gast)


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HV schrieb:
> Stefanus F. schrieb:
>> Zeige mal ein Foto!
>
> Siehe Anhang.

Auf dem Bild sind übrigens 6 Kondensatoren :-).

von HV (Gast)


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Habe es jetzt mit der Konstantstromquelle simuliert und erhalte 
natürlich ein viel sinnvolleres Ergebnis. Da hatte ich wohl einen 
Denkfehler.

Mich wundert jetzt nur noch, dass die gemessene Ladezeit im Labor 
wirklich nur ca. halb so lang war, als die in der Simulation erhaltene.
Vielleicht liefert das Netzgerät doch anfangs einen etwas höheren Strom, 
als angegeben...(leider auch kein Datenblatt vorhanden)


Zähler schrieb:
> Auf dem Bild sind übrigens 6 Kondensatoren :-).

Das hast du haarscharf erkannt, wir verwenden jedoch nur noch fünf davon 
;-)

Vielen Dank euch allen!

von Dieter (Gast)


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Der Widerstand ist ggf nicht fuer die hohe Spannung geeignet. Ueber die 
Luftbruecke fliesst ein nicht zu vernachlaessigender Ionisationsstrom. 
Staubablagerungen im inneren des Geraetes koennten aehnliches 
verursachen.

von Falk B. (falk)


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HV schrieb:

> Mich wundert jetzt nur noch, dass die gemessene Ladezeit im Labor
> wirklich nur ca. halb so lang war, als die in der Simulation erhaltene.
> Vielleicht liefert das Netzgerät doch anfangs einen etwas höheren Strom,
> als angegeben...(leider auch kein Datenblatt vorhanden)

Wenn man sowas nur MESSEN könnte???

AKADEMIKER!!!!

von Falk B. (falk)


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Dieter schrieb:
> Der Widerstand ist ggf nicht fuer die hohe Spannung geeignet. Ueber die
> Luftbruecke fliesst ein nicht zu vernachlaessigender Ionisationsstrom.

Jaja, so wie die Luftbrücke 48 nach Berlin, was?
Theoretiker! Wenn der Widerstand die 10kV wirklich nicht aushält, wird 
er entweder deutlich niederohmiger (und zwar im Inneren) oder er schlägt 
außen über, dann wird er noch DEUTLICH niederohmiger. Das bischen 
Zischen, aka Coronaentladung, wenn es denn WIRKLICH welche gibt, sind 
bestenfalls Mikroampere, die fallen bei 3mA praktisch unter die 
Meßgrenze.

Aber der OP hat NIE einen realen Widerstand zum laden benutzt, sondern 
nur in der Simulation! Dort halten die auch GV aus!

> Staubablagerungen im inneren des Geraetes koennten aehnliches
> verursachen.

Staubig ist eher deine Theorie . . .

von Michel M. (elec-deniel)


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