Durchführungskondensatoren

Ein preiswertes Mittel zur HF-Filterung hoher Ströme

8. Juli 2014, 10:15 Uhr | Von George M. Kauffman (NexTek)

Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Verhalten bei höheren Temperaturen

Bei moderater effektiver Luftkühlung und einer Befestigung an massivem Metall wird ein Durchführungskondensator isothermisch sein, das heißt, an jeder Stelle etwa die gleiche Temperatur haben. Ein Praxistest bestätigt diese Vermutung, es wurden Temperatur­abweichungen von 1 bis 2 °C gemessen. Die Tests bei NexTek haben aber auch ergeben, dass es sinnvoll ist, für die Berechnung der Erwärmung herkömmliche lineare Modelle zu vermeiden.

Bei vielen Bauteilen lässt sich mit einem linearen Θ oder einem Modell für den Verlustleistungsfaktor der Zusammenhang zwischen Erwärmung und Verlustleistung darstellen. Lineare Modelle sind auch anwendbar, wenn Baugruppen zwangsgekühlt sind.

Im Gegensatz dazu ist der thermische Widerstand eines Hochstrom-Durchführungskondensators ganz stark von Wärmeleitungseffekten abhängig, die auf natürlicher Konvektion basieren. Und genau hier ist der Zusammenhang zwischen Verlustleistung und Erwärmung eben nicht ­linear.

Für natürliche Konvektion gibt es ein einfaches, aber einigermaßen genaues Modell. ­Danach kann der Temperaturanstieg, verursacht durch die Verlustleistung für einen durch freie Konvektion gekühlten Durchführungskondensator, nach der Formel ΔT = C1 · P(C2) berechnet werden. Dabei ist C1 eine empirische Konstante und C2 eine empirische Leistungskonstante. Für ein reales 400-A-Filter von NexTek liegt der Wert für C1 in der Regel zwischen 2,0 und 3,0, der für C2 zwischen 0,80 und 0,85. Der Wert von C1 hängt ab von der Kühlwirkung der ­Befestigungsfläche des Durchführungskondensators, der Größe und Ober­fläche der Kabelschuhe, der Leitungen oder Stromschienen. P beschreibt die gesamte Verlustleistung eines Durchführungskondensators einschließlich aller elektrischen Anschlüsse.

Die Beurteilung der Qualität des Durchführungskondensators und seines Einbaus erfolgt nun mit der Messung des Spannungsabfalls über der gesamten Filteranordnung. Allerdings gilt auch hier: Probieren geht über Studieren, also in eingebautem Zustand Testen. Um bereits im Vorfeld die Erwärmung abschätzen zu können, kann der zu erwartende Spannungsabfall bei maximalem Strom beim Hersteller des Durchführungskondensators erfragt werden.

Dabei ist die Filterwirkung unabhängig von der Höhe des durchfließenden Stroms. Hier gilt es, Übergangswiderstände und damit Spannungsabfälle zu vermeiden, die wiederum zu Verlustleistung führen.

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Tipps zu Hochstrom-Durchführungskondensatoren
Messen Sie den Spannungsabfall von Anschlussleitung zu Anschlussleitung bei hoher Last und maximalem Strom. Nur das ergibt eine Aussage über den Kondensator und die Qualität der elektrischen Verbindungen. Messungen ohne Last per Ohmmeter bringen keine vernünftigen ­Ergebnisse.  
Messen oder simulieren Sie die angelegte Spannung. Damit können Sie den Ableitstrom durch den Kondensator und die damit verbundene ­Erwärmung vorhersagen. 
Messen oder berechnen Sie die Temperatur der durchgehenden Elektrode unter Berücksichtigung des Kurvenverlaufs der anliegenden Spannung. Achtung, Oberwellen!
Als Qualitätskriterium: Definieren Sie den maximal akzeptablen Spannungsabfall über die ­gesamte Installation.

  1. Ein preiswertes Mittel zur HF-Filterung hoher Ströme
  2. Hohe Ströme sind problematisch
  3. Beiträge zur Verlustleistung
  4. Verlustleistung durch den hochfrequenten Ableitstrom
  5. Verhalten bei höheren Temperaturen

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