Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kondensatoren für Schwingkreis - Strom?


von Hermann S. (diphtong)


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Servus zusammen!

Hab ein kleines Problemchen...hab mir einen Induktionserhitzer gebaut 
mit einem Eigenbau Schwingkreiskondensator aus 30my PP Folie und 
Alufolie.
Wenn das Teil läuft und ich die Frequenz in Richtung Resonanzfrequenz 
dreh, bekommt der Kondensator Kavitation (nicht wirklich, hört sich aber 
so an ;-). Ich denk mal das ist die Luft zwischen den Lagen die ständig 
rein- und rausgepresst wird, weil nicht vakuumvergossen. Wenn alles kalt 
ist, schaff ich am Eingang (230 V) gerade mal 3-4 A bevor meine 
Schutzschaltung anspringt, wenn der Kondi warm gelaufen is schaff ich 
auch 25 A am Eingang.

Die Energie wird über einen Ringkerntrafo auf den sekundärseitigen 
Schwingkreis übertragen, Übersetzung ist derzeit 14. Ich hab bemerkt, 
dass das Gerät als Stromwandler arbeitet...d.h. Eingangsstrom x 14 = 
Strom sekundär...sind dann sek. 280A bei 20A Eingang (wills ja 
primärseitig nicht übertreiben).
Hab noch geplant die Übersetzung auf 20 zu erhöhen...das wären dann 
400A.

Ich möchte gern einen/mehrere andere Kondis verbauen, damit ich das 
Problem nicht hab. Ich brauch mindestens 2uF, besser mehr, damit ich mit 
der Resonanzfrequenz ein wenig runter komm (derzeit bei ca 72 kHz, würde 
aber gern noch kleinere Spulen anschliessen aber ich weiss nicht bis zu 
welcher Frequenz die beiden SKM300GB124D das mitmachen).
Woher weiss ich, wieviel Strom die Kondensatoren aushalten? Es gibt bei 
z.B. Wima im DB diese Diagramme mit der zul. Spannung über der Frequenz.
Kann man daraus auch den zul. Strom ableiten?

Hab ja auch schon ein wenig rumgeschaut, mir erscheinen die MKP-4, 
1600V, 220nF, 28 Stück parallel recht gut dafür?!
Oder wären X2, jew. 2 in Reihe besser?
Oder doch 6 Stück von den Snubbern?:
https://www.aaaa-electronic.de/products.php?High-Pulse-low-ESR-Snubber-Cap-MKP-Kondensator-1-F-2000VDC-700VAC-5-1-x&cPath=7

Der Gesamtquerschnitt der Beinchen bei den 28 MKP-4 (d=0,8mm) mit ca 
14mm2 erscheint mir ein bisschen wenig?! Oder ist das eher sekundär?

...günstig muss es sein...wie immer ;-P

Danke schon mal!

Gruss

von hinz (Gast)


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Hermann S. schrieb:
> Es gibt bei
> z.B. Wima im DB diese Diagramme mit der zul. Spannung über der Frequenz.
> Kann man daraus auch den zul. Strom ableiten?

Genau daraus.

von Tunichgut der l. (Gast)


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hinz schrieb:
> Hermann S. schrieb:
>> Es gibt bei
>> z.B. Wima im DB diese Diagramme mit der zul. Spannung über der Frequenz.
>> Kann man daraus auch den zul. Strom ableiten?
>
> Genau daraus.

Ja das ist schon merkwuerdig, stimmt aber.

Schlussfolgerung:

Parallelschwingkreis und Serienschwingkreise stellen daher
besondere Anforderungen an die Bauelemente.

Das wurde in der Ausbildung einfach unterschlagen!

von Hermann S. (diphtong)


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Ok...d.h. wenn ich mich lt. DB innerhalb der specs von Frequenz und 
Spannung bewege, passt auch der Strom?

Oder wie genau leite ich aus den Diagrammen den Strom ab?

Das is quasi n Serienschwingkreis.

Mein Ausbildungsberuf ist Werkzeugmacher...von dem her hab ich keine 
Ahnung was bei Elektronikern in der Ausbildung gelehrt wird :-)

von Hermann S. (diphtong)


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Also Beispiel für mich zum Verständnis:

DB: https://www.wima.de/wp-content/uploads/media/d_WIMA_MKP_4.pdf

Annahme: Kondensator mit 1000V, 0,22uF, Fmax 50 kHz

—> bei 50 kHz dürfen max. 50V Ueff anliegen?! -dabei fliesst ein Strom 
X...
Blindwiderstand sind das bei gegebenen Umständen 14,46 Ohm
—> I = 50V/14,46Ohm = 3,46A

Ist meine Annahme so richtig?

D.h. ich bräuchte über 100 Kondensatoren parallel?!

von Realist (Gast)


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Hallo

hinz schrieb:
> Hermann S. schrieb:
>> Es gibt bei
>> z.B. Wima im DB diese Diagramme mit der zul. Spannung über der Frequenz.
>> Kann man daraus auch den zul. Strom ableiten?
>
> Genau daraus.


Indem man jenen Wert mit diesen dort multipliziert...?

Bist du Berufsschullehrer oder Ausbilder?
Die hatten (haben?) nämlich genau solche nutzlosen Antworten drauf - 
also Hermann da fehlt noch der entschiedene Teil - und nein deine 
vermutliche Auffassung über Fleiß, wie man lernt und Anspruchsdenken 
interessieren Null Komma Null.
Beweis das ich mit meinen "Angriff2 auf dich unrecht habe indem du es 
anhand eines realen Datenblatt erklärend (also nicht nur ne Formel hin 
klatschen und Werte einsetzen) vorrechnest - so funktioniert nämlich 
helfen - gerade für Leute die keine Ahnung haben wie z.B. ein 
Werkzeugmacher, aber auch für den E-Techniker wenn er es denn vergessen 
hat bzw. schon seit Jahrzehnten nicht mehr genutzt hat...

Realist

von hinz (Gast)


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Realist schrieb:
> Beweis das ich mit meinen "Angriff2 auf dich unrecht habe

Und sonst gehts dir noch gut?

von hinz (Gast)


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Hermann S. schrieb:
> Ist meine Annahme so richtig?

Ja.


> D.h. ich bräuchte über 100 Kondensatoren parallel?!

Möglich.

Hast du die Spannung denn gemessen?

von Hermann S. (diphtong)


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Ok, Danke erstmal!

Spannung bin ich auf jeden Fall drüber, hab aber bei „Volllast“ noch 
nicht gemessen.

Bei Teillast hab ich mal ca. 100Vpp Sinus gemessen.

Ich versteh das Diagramm noch nicht ganz...jetzt könnt ich mir 
denken...nimmst z.B. 4x 0,22uF in Reihe, dann hast ja ne höhere 
Spannungsfestigkeit...aber der Strom bleibt ja gleich.
Gut, die Kapazität verringert sich bei Serienschaltung...aber bei 
Parallelschaltung wirds ja mehr.

Muss ich eine Serien- oder Parallelschaltung im DB beachten?

von hinz (Gast)


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Hermann S. schrieb:
> Bei Teillast hab ich mal ca. 100Vpp Sinus gemessen.

Mit einem Oszi?


> Muss ich eine Serien- oder Parallelschaltung im DB beachten?

Bei Serienschaltung liegt an jedem Kondensator nur ein Teil der Spannung 
an. Und bei Parallelschaltung fließt durch jeden Kondensator nur ein 
Teil des Stroms.

von hinz (Gast)


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Hermann S. schrieb:
> Bei Teillast hab ich mal ca. 100Vpp Sinus gemessen.

Dass das effektiv nur 35V sind, ist dir klar?

von Rübezahl (Gast)


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Dann schalte doch einfach 20 Stück 0,1uF Kondensatoren parallel. Das 
kostet dann zwar Geld, aber für ein Einzelstück ist das doch ok.
Dann hast du weniger Induktivität im kapazitiven Anteil des 
Schwingkreises und die Querschnittsfläche der Anschlussdrähte 
verzwanzigfacht sich sogar. Dadurch steigt die Güte des Schwingkreises 
und somit der Wirkungsgrad.
Insbesondere dann, wenn die Kondensatoren sternförmig angeordnet werden 
und dadurch nahezu punktförmige Anschlüsse entstehen.
Gerade im HF-Bereich wird viel Knoffhoff über Feinmechanik gelöst.

von hinz (Gast)


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Rübezahl schrieb:
> Gerade im HF-Bereich wird viel Knoffhoff über Feinmechanik gelöst.

Naja, beim TE ist das ja noch Wackelstrom. ;-)

von Hermann S. (diphtong)


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Ja, hab ich mit einem Oszi gemessen, wenn auch nur mit einem billigen.

Ah hoppla...fieser Denkfehler...war bei ~71V.

Aber wie gesagt, war bei Teillast und bei Vollast wird die Spannung 
höher sein...ich werd später mal alles nachmessen...dann kann ich die 
genauen Spannungswerte bei gegebenen Strom liefern.

Ok...ich glaub ich habs verstanden...über die Frequenz und der Kapazität 
die maximale Spannung ermitteln...Blindwiderstand bei geg. Frequenz und 
Kapazität ausrechnen und daraus über Ohmsches Gesetz den maximal 
zulässigen Strom ausrechnen.
Dann muss man halt schauen, welchen zu erwartenden Strom und Spannung 
man hat (oder nachmessen) und entsprechend dann die Kondies in 
Reihe/parallel schalten?! Richtig so?

Aber sind denn generell MKP-4 die richtige Wahl? Sind zum. lt.DB für 
Schwingkreise mit niedrigem Verlust.

Oder kennt jemand eine bessere Alternative?

Da halt alles eigentlich schon fertig ist, bin ich platzmässig auch 
schon eingeschränkt...da muss ich mit bei der Verschaltung der 
Kondensatoren auch schon ein wenig Gedanken machen, um eine möglichst 
dichteste Packung hinzubekommen mit den Anschlüssen an der richtigen 
Stelle...

von Hermann S. (diphtong)


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Rübezahl schrieb:
> Dann schalte doch einfach 20 Stück 0,1uF Kondensatoren parallel.

Das war mein Gedanke, Kondensatoren parallel zu schalten, mir gehts aber 
darum, ob die 20 Stück parallel auch den Strom aushalten, der fliesst?

von Hermann S. (diphtong)


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Hatte mich eigentlich für den Eigenbau-Kondensator entschieden, weil 360 
Lagen mit 0,01x80mm Alufolie halt mal sauber 288mm2 Anschlussquerschnitt 
sind...ich glaub sowas kriegt man ned einfach zu kaufen...

von hinz (Gast)


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Hermann S. schrieb:

> Richtig so?

Ja.


> Aber sind denn generell MKP-4 die richtige Wahl? Sind zum. lt.DB für
> Schwingkreise mit niedrigem Verlust.

Das sind schon die richtigen. Es gibt speziell welche für 
Induktionskochfelder, die sind auch zu akzeptablen Preisen zu bekommen.


> Oder kennt jemand eine bessere Alternative?

FKP, aber das willst du nicht bezahlen...

von Hermann S. (diphtong)


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Hmm...das mit den Messungen fällt erstmal flach, da schwingt nix 
mehr...hab jetzt iwie nen Übergangswiderstand an einer der Kupplungen an 
der Spule von mehreren 10 kOhm.
Werd mich erstmal nach neuen Kupplungen umschauen müssen...die sowohl 
Strom, als auch das Kühlwasser führen können, sowie trennbar und 
selbstabdichtend sind...vll. Messing Hydraulikkupplungen?!

von Hermann S. (diphtong)



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Servus,

hab jetzt neue Anschlüsse und hab gleich mal ne Messung gemacht.

Gemessen mit nem billigen Oszi, zum Strom messen hab ich nen 
Stromzangenkopf angeschlossen, 1mV = 100mA.
Blau ist Spannung, gelb ist Strom.

Auf dem ersten Bild bei 6,35A Eingang hab ich sekundärseitig 128V bei 
ca. 100A.
Beim zweiten Bild hatte ich am Eingang ca. 15A, bei 236V und 204A 
sekundär.

Wie soll ich das jetzt interpretieren?

Was ist denn das überhaupt für eine Leistung sekundär? 236V x 204A ~ 
48kW ?! Das kann doch nicht sein!
Kann man das überhaupt so einfach aus den RMS Werten berechnen oder muss 
ich da die Phase mit einbeziehen?

Aber auf was ich eigentlich raus will...1000V MKP4 reichen hier wohl 
nicht oder?!

Danke schon mal!

von Werner H. (werner45)


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Wenn ich mich dunkel erinnere:
Ein Serienschwingkreis ist bei großen Leistungen ungünstig, weil die 
KondensatorSPANNUNG im Resonanzfall SEHR hoch sein kann, proportional 
der Güte. Deshalb zieht man auch Parallelkreise vor.
Wurde früher mal bei den Differentialgleichungen behandelt, aber das ist 
Dekaden her. Die Formeln im Wikipedia kaue ich nicht nochmal durch.

von Carlo (Gast)


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Vielleicht hilft die LTspice Simulation weiter ..?!

Programm findet sich unter dieser Adresse
https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

Vorlagen von helmut
Beitrag "Re: Suche ein einfaches Simulationsprogramm für eine RLC-Schaltung"
Beitrag "Zeitvariable Kapazität in LTSpice"
... bei Bedarf einfach anpassen ..

von Hermann S. (diphtong)


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Servus,

ist schon erledigt ;-)

Die Simulation passt meiner Meinung auch sehr gut zu den gemessenen 
Ergebnissen.

@Werner: wenn ich mein Spice Modell jetzt einfach auf einen 
Parallelschwingkreis umbaue, funktionierts nicht mehr wie gewollt.
Muss ich noch was ändern?

Die beiden 30mOhm Widerstände sekundär sollen meine Schnellkupplungen 
repräsentieren.

von Carlo (Gast)


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... immer die Lib mit dazulegen und das ganze am besten in einen zip 
Ordner verpacken, damit alle auf dem gleichen Stand sind. :-)

? kann es sein, daß die Spulen rechts nicht gekoppelt sind ?!

von Carlo (Gast)


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Spulen sind drin sorry :-)

von Andrew T. (marsufant)


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Hermann S. schrieb:
> 236V x 204A ~
> 48kW ?! Das kann doch nicht sein!

Nein, denn es sind 48 kVA.
Hier wird sog. Blindleistung "hin- und hergeschaufelt" in Deinem 
Schwingkreis.

Das ist auch genau der Punkt, warum Du so speziell die Kondensatoren 
auswählen mußt.

Je "besser" Dein Schwingkreis ist, d.h. je höher dessen Güte, umso 
größer wird auch das Verhältnis zw. reingesteckter Wirkleistung (um die 
Verluste auszugleichen) und "bewegter" Blindleistung.

ein Thema, das bei der Entwicklung von Quarzoszillatoren viele Studenten 
erstaunt, das man mit Mikrowatt Anregung im Resonanzkreis bis in den 
10exp5 fachen Bereich an Blindleitung schaufelt .-)

von Hermann S. (diphtong)


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Ah sorry, hatte ganz "vergessen" dass ich die Leistungshalbleiter mit 
lib drin hab.

L7 ist mit L6 gekoppelt, L9 ist frei.

Hmm...ok das mit der Güte ist auch interessant.
Hätte jetzt eine Güte von ca. 20...lt. Wiki ist ein elektrischer 
Schwingkreis bei 100.
Wenn ich jetzt die Kapazität erhöhe, verschlechtert sich meine Güte bei 
gleicher Induktivität.
Also am Besten den Ohmschen Widerstand runter bringen.

Wobei ich dazu sagen muss...den Ohmschen Widerstand hab ich nicht 
gemessen, dafür sind meine Geräte nicht geeignet so einen niedrigen 
Widerstand zu messen.
Ich hab in LTSpice so lange rumprobiert, bis Spannung und Strom den 
gemessenen Werten entsprachen.

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