Gleichrichter-Kondensator

[lenz 0]

Hallo

Frage an die Experten.

In einer Abhandlung lese ich hier:

 

"Die Kapazität des Kondensators ist bestimmt durch das maximal zulässige Grenzlast Integral des Gleichrichters."

 

Und weiter:

 

"Der gewählte Gleichrichter, kann lt. Datenblatt mit einer Ausgangskapazität von 2500 µF belastet werden."

 

Heißt das jetzt,daß der Gleichrichter nicht mit einer höheren Kapazität als im Datenblatt angegeben belastet werden darf?

 

Aber welchen Sinn machen dann manche gigantischen Elko Batterien in Netzteilen?

Dienen diese dann nur dazu,das unterdimensionierte "Davor"

( Tr.+Gl. ) zu kaschieren?

 

 

[h_reith 3]

Hi Hans,

 

In normalen Netzteilen hat man am Eingang eine sinusförmige Spannung, die über die Gleichrichter und die Elkos zu einer mehr oder weniger pulsierenden Gleichspannung umgewandelt wird.

Vom Einschaltvorgang mal abgesehen, kommt es im Betrieb nur wärend recht kurzer Spitzen am Scheitelpunkt der Sinuswelle zu einem recht kräftigen Ladestrom vom Trafo über die Gleichrichter auf die Elkos. In der langen Zeit dazwischen wird die nachfolgende Schaltung aus den Elkos versorgt.

Bei 50Hz und einem Vollwellengleichrichter haben wir eine Periodendauer am Ausgang von etwa 10ms.

Die Ladezeit ist etwa 0.5-2ms.

Die Entladezeit dann etwa 8-9.5ms.

 

Wärend der Entladezeit spielt es also zunächst mal keine Rolle, wie dick der Trafo und die Gleichrichter sind. Hier entscheiden nur die Elkos. Je größer diese dimensioniert sind, umso mehr Ladung können sie auch der Last zur Verfügung stellen.

Doch sie können ja nicht mehr hergeben, als sie bekommen haben. Alles, was sie wärend der Entladezeit hergegeben haben, sollte in der kurzen Ladephase wieder vom Trafo und den Gleichrichtern nachgeliefert werden können. Das stellt natürlich extreme Anforderungen an diese Teile. Wenn z.B in 9ms ein Strom von 1A von den Elkos in die Last geflossen ist, dann muss der Trafo/Gleichrichter in der restlichen 1ms 10A liefern können (1A geht in die Last, die restlichen 9A in den Elko für die nächste Entladephase).

In dieser kurzen Zeit muss

- der Trafo also 10A hergeben können,

- der Gleichrichter 10A aushalten können,

- die Elkos 9A aushalten können.

 

Bei Endstufen mit ein paar 100W kommen wärend der Ladezeiten so schon gewaltige Ströme zustande. Begrenzt werden diese nur durch die Verluste von Trafo, Gleichrichter und Elkos, wobei meist die Trafos dominieren.

Bei Elkos und Gleichrichter kann es also nicht schaden, wenn man schon einen Blick auf die Impulsbelastbarkeit wirft.

Trafos sind meist recht gutmütig, da sie bei Impulsbelastung einfach warm werden, es aber nicht zum Durchschlagen wie bei Halbleitern kommt. Auch ist die thermische Zeitkonstante von Trafos meist deutlich höher als von Elkos und Gleichrichtern.

 

Man kann also nicht sagen, dass ein dicker Trafo mangelnde Kapazität ersetzen könnte oder umgekehrt. Wenn man das eine erhöht, dann sollte man das andere ebenfalls anpassen.

 

 

 

[DC 8]

Hi,

 

besser hätte ich das auch nicht sagen können. Besonders bei Endstufenboliden vertrete auch ich die Meinung, das es immer etwas mehr sein darf, wie beim Metzger ;-) .

 

Ansonsten kann ich mich den Worten oben komplett anschließen. Nur ist ab einer bestimmten Kapazitätsgröße (ab ca. +/- 20 000µF) auch eine Einschaltverzögerung auf der Primärseite des Trafos erforderlich, sonst hauts die Sicherung raus.

 

Alles nette

DC

[h_reith 3]

Hi Klaus,

 

ja, das mit den Haussicherungen kann beim Einschalten schon ein Problem werden. Meiner Erfahrung nach spielt da aber eher der Trafo als die Elkos eine Rolle. Bis 500VA geht's meist noch ohne, danach wird es problematisch.

Bei 1000VA muss man auch ganz ohne Elkos zum Sicherungskasten rennen. Je nachdem, wo man beim Einschalten die Sinuswelle erwischt, geht auch bei "offenem Trafo" erstmal jede Menge Energie in den Kern - und das reicht zum Auslösen des Automaten aus.

 

Die Kapazität alleine ist nicht so entscheident, man muss die Spannung mitberücksichtigen. Viel Kapazität bei kleiner Spannung (Vorverstärker) ist in der Regel kein Problem. Die Energie in den Elkos berechnet sich aus

Energie = Kapazität * (Spannung zum Quadrat)

Diese Energie muss beim Einschalten erstmal in die Teile hinein.

Gerade Endstufen arbeiten ja mit großen Kapazitäten und großen Spannungen. Von daher bedeutet das dann auch viel Energie.

Ein dicker Trafo liefert diese Energie recht schnell (innerhalb weniger Halbwellen), ein kleiner braucht entsprechend länger.

 

[DC 8]

Hi,

 

da muss ich Dir in jedem Punkt recht geben. Ich wollte nur nicht so weit ausholen. Wer sich an Projekte mit derartigen Leistungen heranwagt, sollte ohnehin schon solche Grundreglen beherrschen.

 

Ich kann aus meiner Erfahrung berichten, das selbst ein "niedlicher" 500VA RKT blank schon zuviel für die Sicherung ist, egal mit welchen Elkos. Das liegt sicher auch an dem sehr niedrigen Innenwiderstand.

 

Ich bin auch dabei, für ein doch "protziges" Netzteil mit 2 kW mit beruhigenden 2 x 100 000 µF eine 2-stufige Primärverzögerung zu bauen, da es so mit einer Stufe schon nicht mehr reicht. Hierbei spielen sogar die Verzögerungszeiten schon eine Rolle. Aber das ist ein anderes Thema.

 

Schönen Tag noch und alles nette

DC

[van der Ven 0]

Hallo DC,

 

das mit dem raushauen der Sicherung stimmt so nicht.

Ich habe +/- 50.000 uF und den Trafo eingangsseitig mit 4 Amp abgesichert. Es haut noch nicht mal die Eingangssicherung raus. Das Gleiche war bei +/-80.000 uF der Fall. Die Doiden vertragen 10 A pro Diode, die BCs können auch recht viel vertragen. Der Trafo ist ein 450 VA. Dedr dürfte ebenfalls mehr als 4 A durchsetzen können.

 

Gruß

 

Stefan

[van der Ven 0]

Hallo Hubert,

 

wie würde sich ein Trafodurchschlag den äußern? Wenn ein Trafo auch unter geringer Last (15Ohm) die Spannung hält ist der doch noch in Ordnung, oder?

 

Können Trafos durch eine Kapazitätserhöhung schaden nehmen?

 

Laut Herrn Hartwig ist das fast egal, welche Kapazitäten dem Trafo folgen. Deine Angabe, dass ein gleinerer Trafo für den Ladevorgang nur etwas länger braucht interpretiere ich in diese Richtung.

 

Liege ich da richtig?

 

Gruß

 

Stefan

 

[h_reith 3]

Hi Stefan,

 

man kann da nur allgemeine Hinweise geben, im Einzelfall kann es durchaus anders aussehen. Da sind die Verhältnisse in den Installationen und die Tolleranzen der Automaten scheinbar doch zu groß.

Ja, ein 450VA kann in der Spitze natürlich schon mehr als 4A. Seine ohmschen Anteile begrenzen die Spitze aber oft ausreichend, so dass auch bei sehr großen Kondensatoren beim Einschalten meist der Sicherungsautomat drin bleibt. Solange die Sicherung träge ist, kommt man dabei warscheinlich auch mit einer 3.15A hin.

[h_reith 3]

Hi Stefan,

 

Dioden sind ja sehr klein, so dass eine Belastung deren interne Temperatur extrem schnell ansteigen lässt. Teilweise gibt es da Kennlinien, wie lange welcher Strom fließen darf, um noch auf der sicheren Seite zu liegen. Bei hohen Stromspitzen sind die Zeiten dann schon recht kurz. Manchmal gibt es auch nur grobe Tabellenangaben.

Hier ein Beispiel:

http://www.audiomap.de/forum/user_files/1129.gif

 

Bei Trafos gibt es 2 Grenzen:

- bei Spannungsimpulsen von mehr als einigen kV schlägt die Isolierung durch und man muss damit rechnen, dass diese Impulse dann voll auf die Sekundärseite durchschlagen, was oft unerfreuliche Folgen hat.

- bei hohen Temperaturen im Inneren läuft die Isolierung weg und die Wicklungen haben dann direkten Kontakt. Das endet hoffentlich mit dem Tod der Sicherung, bevor der Rest hops geht.

 

Kurze, starke Stromimpulse erwärmen den Trafo nur sehr langsam, so dass man da keine Probleme beim Einschalten hat. Bei lange anhaltender Überlastung (im 10 Minutenbereich) kann es dann aber schon zu warm werden. Manche Trafos haben darum intern eine Temperatursicherung oder einen Temperaturschalter, so dass ein durchbrennen verhindert werden soll.

 

Da die thermische Zeitkonstante von Trafos so lange ist, haben die auch wenig Probleme mit der Kapazität am Ausgang der Gleichrichter. Die Engstelle ist dann eher der Gleichrichter. Wird die Kapazität zu groß, könnte der Gleichrichter beim Einschalten schon sein Ende finden.

[lenz 0]

Vielen Dank für die Antworten.

 

Lenz

 

PS.: Der Gleichrichter ist über einen NTC direkt mit dem Netz verbunden.(SNT)

[h_reith 3]

Schaltnetzteile sind oft etwas anders.

Ab 75W müssen die eine PFC haben und das sorgt dafür, dass der Strom am Eingang in etwa sinusförmig ist. Damit sind die starken Impulse, wie sie bei normalen Netzteilen auftreten, praktisch weg.

Der NTC begrenzt den Strom beim Einschalten, da hier die PFC ja noch nicht arbeiten kann.

[lenz 0]

Hallo Hubert

 

Das stimmt schon,aber könnte sich die Fragestellung nicht auf jede beliebige Gl-C Kombination beziehen?

[h_reith 3]

Ja, darum muss man eigentlich auch immer das genaue Umfeld kennen und kann ansonsten nur allgemeine Hinweise geben.

 

[meldano 0]

"Da die thermische Zeitkonstante von Trafos so lange ist, haben die auch wenig Probleme mit der Kapazität am Ausgang der Gleichrichter. Die Engstelle ist dann eher der Gleichrichter. Wird die Kapazität zu groß, könnte der Gleichrichter beim Einschalten schon sein Ende finden."

 

Bevor es mit zu großen Kapazitäten "eng" am Gleichrichter wird, kann man ja auch Strombegrenzungswiderstände vor die Kapazitäten schalten.

 

 

[h_reith 3]

Ja, das könnte man machen.

Nur stellt sich dann eben die Frage, warum man dann nicht lieber einen kleineren Trafo nehmen sollte. Das wäre die preiswertere Methode.