Data Sheet

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09.06
D
Berechnung der zulässigen Belastung
von WIMA-Kondensatoren
Werden Kondensatoren mit sinus förmiger
Wechselspannung belastet, so ist der
zulässige Wert aus den im Katalog wieder-
gegebenen Kurven zu entnehmen.
Bei Impulsspannungen muß jedoch
anhand des nachstehend beschriebenen
Rechenganges untersucht werden, welcher
Kondensatortyp für den jeweiligen
Anwendungsfall in Frage kommt.
1. Bei der Festlegung der Nenn-
spannung U
N
– des Kondensators
(gegen Nullpotential) ist die Spannungs-
festigkeit des Dielektrikums, die bei
steigender Frequenz einem Derating
unterliegt, zu berücksichtigen. Die Werte
für den Korrekturfaktor k können für
Polypropylen-Film/Folien-Kondensatoren
der Kurve 1 entnommen werden.
Die Berechnung der notwendigen
Spannungsfestigkeit zeigt folgendes
Beispiel (U
min
, U
max
haben gleiche
Vorzeichen).
U
max
U
SS max
=|U -U |
min
U
min
U
1
k
_
N-
 · U +|U |
SS min
U-
|||UU|
min max
Außerdem darf die aus der Spitze-
Spitze-Spannung errechnete Effektiv-
spannung nicht größer sein als die
Nennwechselspannung des Konden-
sators, um die Ionisationsgrenze nicht
zu überschreiten: U
eff
! U
N
Z
2. Für die Errechnung der max. Strombe-
lastbarkeit der Kontaktierung wird
bei Kondensatoren die Spannungs-
steilheit der Impulse (Flankensteilheit F)
zugrunde gelegt.
I
max
= F · C · 1,6.
Die Werte für die Nennflankensteilheit
F
N
, bezogen auf den vollen Nennspan-
nungshub, sind in den Datenblättern der
jeweiligen Baureihe angegeben.
Bei geringeren Spannungshüben
im Betrieb (U
SS
) berechnet sich die
zu lässige Strombelastung gemäß:
F
max
=
U
N
· F
N
U
SS
zum Beispiel
U
N
= 63 V, U
SS
= 12 V, F
N
= 50 V/ms
F
max
somit
63
· 50 = 262,5 V/ms
12
Bei der Ausnutzung der oberen Strombe-
lastbarkeitsgrenze muß bei höheren Fre-
quenzen die Eigenerwärmung berücksich-
tigt werden, sie darf max. 10 K betragen.
3. Die Verlustleistung bei nicht sinus-
förmigen Wechselspannungen und
Impulsen errechnet sich näherungsweise
wie folgt:
P
v
= U
eff
2
· vC · tan d
P
v
= Verlustleistung in Watt.
U
eff
= Effektivwert des Wechsel-
spannungsanteils.
v = 2π · f, wobei f die Frequenz
der Impulsfolge ist.
C = Kapazität in Farad
tan
d = Verlustfaktor, der der Frequenz
der größten Steilheit des
Impulses entspricht.
1
f
Imp
=
Impulsbreite
Die Erwärmung ist:
errechnete Verlustleistung
E [ K ] =
spez. Verlustleistung
(Tab. 1)
In kritischen Einsatzfällen emp fiehlt
sich die Messung der Oberflächen-
temperatur der Kondensatoren
unter Berücksichtigung eines
Tem pe raturabfalls in der Kon den-
satorenumhüllung von 5 K. Bitte
nehmen Sie dann unsere technische
Beratung in Anspruch.
4. Ermittlung der zulässigen Wechsel-
spannung und des Wechsel stromes
bei vorgegebener Frequenz.
Zur Bestimmung der zulässigen Wechsel-
spannung bei Applikationen im höheren
Frequenzspektrum, stehen für die betref-
fenden Baureihen Wechselspannungs-
deratingskurven in Abhängigkeit von
der Frequenz zur Verfügung. Die Dia-
gramme beziehen sich auf eine zulässi-
ge Eigen erwärmung von:
D u ! 10 K
So ergibt sich z. B. für den
WIMA MKP 10 / 0,01 mF / 630 V– /400 VZ
eine zulässige Wechselspannung bei
f = 50 kHz von
U = 280 VZ (Kurve 2)
Die aus den Diagrammen entnommene
Wechselspannungsangabe kann auch
zur Ermittlung des maximalen Effektiv-
stromes herangezogen werden.
1 1
Xc =
v · C
=
2 π · 50 kHz · 0,01 mF
Xc = 318 V
Uc
=
280 VZ
I
c
=
Xc 318 V
Ic = 0,88 A
Der ermittelte Spitzenwert des Effektiv-
stromes
Î = Ic ·
2 = 0,88 A · 2
Î = 1,24 A
darf die spezifizierte Spitzen strom-
be las tung aus der Impulsbelastungs-
rechnung (Flankensteilheit F Pkt. 2)
nicht überschreiten. Andernfalls ist die
Betriebswechselspannung entsprechend
zu reduzieren.
Rastermaß Spezifische Verlustleistung in W
in mm für 1 K über Umgebungstemperatur
2,5 0,0025
5 0,004
7,5 0,006
10 0,0075
15 0,012
22,5 0,015
27,5 0,025
37,5 0,03
Kurve 2 : Zulässige Wechselspannung
in Abhängigkeit von der Frequenz bei
10 ° C Eigenerwärmung (Richtwerte).
Tabelle 1: Die Angaben gelten für
normale Einbau- und Belüftungsverhält-
nisse unter Vermeidung von Strahlungs-
wärme innerhalb des Gerätechassis.
f
Hz
10 10 10 10
1234
10 10
56
100 %
75 %
50 %
25 %
f
Hz
10 2 5 10 2 5 10 2 5 10
3456
5
2
10
5
2
10
400
2
1
U
V
eff
0,01 µF
0,022 µF
4700 pF
2200
pF
1000
pF
0,047
µF
0,1
µF
1,0
µF
2,2 µF
3,3
µF
0
,
2
2
µF
0,47
µF
630 V-
Kurve 1: Spannungsfestigkeit der
Poly propylenfolie in Abhängigkeit von
der Frequenz (Richtwerte)