Pufferung von Leistungsspitzen mittels Supercap

[hbquax]

Ich glaube als nachgeschaltete Lösung für ein fertiges Gleichstromnetzteil ist das Käse.
In klassischen Netzteilen ist ja ein Glättungskondensator verbaut. Der typische Aufbau ist so:
1. Trafo, liefert Wechselspannung ungefähr auf dem Niveau der benötigten Ausgangsspannung, evtl. wenige Volt mehr
2. Gleichrichter
3. Pufferkondensator
4. Spannungsregler

Wenn keine Leistung entnommen wird, wird der Kondensator bis zum Spitzenwert der Wechselspannung aufgeladen (minus Diodenverluste), und der Spannungsregler regelt dann von dort aus die Ausgangsspannung. Der Kondensator puffert ständig die Phasen, wo der aktuelle Wert der Wechselspannung kleiner ist als die Ausgangsspannung, und wenn er groß genug ist, könnte er sicher auch die Spannung stabilisiren, wenn über mehrere Wechselspannungs-Perioden hinweg der Trafo nicht genug nachliefert bzw. die Spannung infolge hohen Stromes einknickt.
Audio-Verstärker haben auch immer große Kondensatoren im Netzteil, um den Spitzenstrom für jeden einzelnden Bass-Schlag zu liefern. Das ist aber alles viel kürzer als deine 5 Sekunden, die Frequenzen sind im Bereich der Netzfrequenz und dem hörbaren Bereich, also oberhalb 50 Hz.

Um mit deinem Kondensator sinnvoll zwischenspeichern zu können, muss die Ladespannung höher als die gewünschte Abgabespannung liegen. Und wie oben schon gesagt, solange das Netzteil genug liefert, bleibt das wirkungslos. Wenn es um einen reinen Demo-Aufbau geht, nimm ein Labornetzteil, bei dem sich Spannung und Strom begrenzen lassen, dann hängst du den Kondensator dahinter. Wenn dein Verbraucher eine konstante Spannung benötigt, brauchst du abschließend noch einen Spannungsregler. Und dann kannst du dein Netzteil so einstellen, daß es gerade so den durchschnittlichen Strom liefert, nur für die Demo.

Frohes Basteln

Nils

[White_Fox]

Meines Erachtens ist ein Kondensator als ernsthafter Speicher nur mit einem Schaltregler zu gebrauchen. Alle audioendstufenartigen Ansätze kannst du schon mal vergessen da du mit deiner zeitlichen Forderung von 5s schon mal außerhalb dessen bist, was gemeinhin unter einem Impulsstrom verstanden wird.

Die Energie, die ein Kondensator enthält, ist mit E= C/2 U² definiert. Das bedeutet, das die audioendstufenartigen Ansätze allesamt das Problem haben daß sie einen Kompromiß aus Energieausbeute und Spannungsschwankungen finden müssen. Das wäre, als würdest du Wasser in einem 100l-Tank zwischenspeichern, könntest aber nur 5l entnehmen und müßtest danach wieder auffüllen. Eigentlich eine Scheißlösung.
Bei kleinen Leistungen kann man das oft machen, da die "Übergröße" des Speichers geringer ins Gewicht fällt als der Aufwand für seine vollständige Nutzung. Bei größeren Leistungen, und da würde ich 30W schon dazuzählen, sieht es dagegen anders aus.

Und wie schon angeklungen brauchst du auch so etwas wie eine Energieverteilung. Wenn dein Netzteil eine Strombegrenzung (nicht Überlastsicherung!) geht da was-andernfalls wird es etwas komplizierter. Dann wäre eine Konstantstromquelle (im einfachsten Fall aus 2 Transistoren),einem einfachen Schaltregler um den Kondensator leer zu ziehen und irgendwas um selbigen wieder aufzuladen nötig.

Supercap...klingt nach diesen 2-3V-Riesendingern. Eine Betriebsspannung von 24V mögen die Dinger nicht, also auch noch eine Spannungsüberwachung bzw. muß die Ladeschaltung etwas ausgefeilter sein um den Kondensator in angemessener Zeit wieder geladen zu haben (und das Netzteil dabei nicht zu überfordern, das beim Laden der Kondensatoren ja zwei Lasten versorgen muß).

Ich sage nicht daß es nicht geht-aber etwas mehr Informationen um zu finden wie es (am besten) geht zur Anwendung sind da schon notwendig.

[Manf]

Hier gibt es ein Beispiel für Maschinenbetrieb mit Kondenesator:
https://www.youtube.com/watch?v=5URPi7FtdNU
https://www.roboternetz.de/community...%E4t+schrauber

[KondensatorKeule]

Salvete!
Tausend Dank für all eure Antworten bisher, auch wenn ich nicht mehr geantwortet habe, habt ihr mich auf jeden Fall ein erhebliches Stück weitergebracht. Ich befinde mich in einem Gleichstromkreis, das hatte ich vielleicht nicht deutlich genug hervorgehoben
Ich habe jetzt ein Superkondensator-Modul (mehrere Einzelzellen in Reihe, um U zu erhöhen) erworben, dass 24V Spannungsfestigkeit hat. Das Teil hat ungefähr einen Innenwiderstand von R_ers=2 Ohm, woraus sich ein Einschaltstrom von I_0=12A für die ersten Momente ergibt. Problem: Mein Netzteil liefert nur maximal 4,5A.
@Klebwax, deine aufgezeichnete Lösung: Anhang 33243 ist an sich super, mein Problem ist aber, dass ich mich nur parallel an den bestehenden Stromkreis ranschalten kann und keine Strombegrenzung in Reihe zur Last schalten kann. Und ein Halbleiterbauteil in den Parallelstrang meines Caps zu bauen, macht ja auch wenig Sinn, da er schließlich auch Leistung ausspeisen soll.

Fällt euch ein Bauteil oder eine Schaltung, mit dem/der ich den Anfangsstrom begrenzen kann und das danach den Normalbetrieb nicht weiter beeinflusst, den nötigen Widerstand also selbstständig wegschaltet?


Liebe Grüße!

[Klebwax]

Problem: Mein Netzteil liefert nur maximal 4,5A.

Was passiert, wenn du mehr Strom ziehst? Was steht in der Beschreibung des Netzteils? Ist es kurzschlußfest? Kann es kurzzeitig Überlastet werden? Knickt einfach die Ausgangsspannung bei Überlast ein und begrenzt damit den Strom oder kommt einfach die Sicherung.

Bevor das nicht geklärt ist, kann man keinen weitern Plan machen.

Aber selbst wenn man das weiß, ist das Ganze sinnfrei. Da das Netzteil immer mehr liefern kann, als verbraucht wird, ist der Kondensator nach dem ersten Aufladen immer voll. Es fließt kein Strom in ihn hinein und keiner heraus. Er ist überflüssig, du brauchst ihn gar nicht anzuschließen.

MfG Klebwax

[KondensatorKeule]

Hola!
Danke Klebwax, sehr gut nachgefragt! Sorry!
Ja, das Netzteil ist kurzschlussfest, allerdings bricht die Spannung signifikant ein, wenn ein Wert über I=4,5A gezogen wird. Dahinter ist eine SPS geschaltet, die nur Spannungseinbrüche von 24V auf maximal 20,4V verträgt und sich sonst abschaltet.
Ich hab bereits mit dem Netzteilhersteller gesprochen: Ja, das Netzteil würde den Kondensator geladen kriegen, aber aus diesen (euch bis dato vorenthaltenen Gründen) sollte ein Spannungseinbruch vermieden werden und der Kondensator "sanft" geladen werden.

Nach meinem Informationsstand besitzen Netzteile eine höhere interne Spannung, als die in diesem Fall herauskommende Outputspannung von 24V, da sie einen Innenwiderstand besitzen, an dem gemäß U=R*I eine geringe Spannung abfällt. Stellt sich nun im Anstellmoment meiner Maschine eine Stromspitze ein, fällt dementsprechend mehr Spannung am Innenwiderstand des Netzteils ab und die Outputspannung sinkt kurzzeitig unter 24V, bevor das Netzteil seine interne Spannung im ms-Bereich hochregeln kann. Da der Kondensator aber auf 24V aufgeladen ist, "springt er in die Bresche", da er sich aufgrund des nun herrschenden Potentialgefälles entlädt. Das ist der Effekt hinter dem Glätten einer pulsierenden Gleichspannung und analog hinter dem Puffern von Lastspitzen, wurde mir nun häufiger erklärt und ich konnte auch noch nichts gegenteiliges herausfinden.

Der Spaß funktioniert aber nur, wenn keine Spannung oder beim Entladen an einem Vorwiderstand abfallen muss. Das steht aber leider im Gegensatz zum Bedarf einen Vorwiderstands, damit dem Aufladen keine Ströme über 4,5 gezogen werden, um Spannungseinbrüche zu vermeiden. Soweit das Problem

Liebe Grüße
KondensatorKeule

[Klebwax]

Hola!
Danke Klebwax, sehr gut nachgefragt! Sorry!
Ja, das Netzteil ist kurzschlussfest, allerdings bricht die Spannung signifikant ein, wenn ein Wert über I=4,5A gezogen wird. Dahinter ist eine SPS geschaltet, die nur Spannungseinbrüche von 24V auf maximal 20,4V verträgt und sich sonst abschaltet.

Das spielt doch keine Rolle, es passiert doch nur beim Einschalten des ganzen Systems. Die Spannung bricht auch nicht ein, sie läuft nur langsamer hoch, die SPS läuft garnicht an, bevor der Kondensator bis auf 20,4V voll ist. Anschließen, ausprobieren!

Ich hab bereits mit dem Netzteilhersteller gesprochen: Ja, das Netzteil würde den Kondensator geladen kriegen, aber aus diesen (euch bis dato vorenthaltenen Gründen) sollte ein Spannungseinbruch vermieden werden und der Kondensator "sanft" geladen werden.

Nach meinem Informationsstand besitzen Netzteile eine höhere interne Spannung, als die in diesem Fall herauskommende Outputspannung von 24V, da sie einen Innenwiderstand besitzen, an dem gemäß U=R*I eine geringe Spannung abfällt. Stellt sich nun im Anstellmoment meiner Maschine eine Stromspitze ein, fällt dementsprechend mehr Spannung am Innenwiderstand des Netzteils ab und die Outputspannung sinkt kurzzeitig unter 24V, bevor das Netzteil seine interne Spannung im ms-Bereich hochregeln kann.

Ein Netzteil, ein Spannungsregler regelt im µs Bereich. Es ist viel schneller als ein so großer Kondensator. So ein Regler schafft leicht von 0 auf 100% in 10 µs. Deswegen verwendet man ja Regler und nicht einfach nur Kondensatoren.

Du sagst, die Anlage funktioniert, daß zeigt doch das alles passt.

Und für Elektromotore

Leistungsspitzen von einer Fertigungsmaschine

ist das alles komplett unerheblich, durch ihre relativ großen Induktivitäten und mechanischen Trägheiten sind ihnen Spannungseinbrüche selbst im Millisekundenbereich egal. DC-Motore kann man an einem Gleichrichter ohne Glättungskondensator laufen lassen. Ich denke, du jagst einem Phantom nach.

MfG Klebwax

[KondensatorKeule]

Ich denke, du jagst einem Phantom nach.

Sehr schöne Umschreibung!
Ich werde ich es ja bald herausfinden und dann berichten

[021aet04]

Ich denke auch das die Kondensatoren sinnlos sind.
Was ich mir vorstellen könnte ist, das du eine Zeit überbrücken musst ("längere" Spannungseinbrüche), da das NT diese Zeit alleine nicht überbrücken kann. Wenn du nur Strom sparen willst, wird das nicht funktionieren (wenn das NT genug Strom liefern kann).

Wenn das NT zu schwach wäre, könntest du mit einem Kondensator dies Stromspitzen abfangen. Das NT muss in diesem Fall mindestens den Durchschnittsstrom liefern können.

MfG Hannes

[hbquax]

... woraus sich ein Einschaltstrom von I_0=12A für die ersten Momente ergibt. Problem: Mein Netzteil liefert nur maximal 4,5A.

Wo ist das Problem? Dann fließen halt nicht 12 A...