Wie viel Strom zieht ein Kondensator beim Laden?

Ich verwende einen großen Kondensator, um den Lastbedarf eines Solenoids zu puffern (solarbetriebenes / batteriebetriebenes Setup, bei dem der Solenoid einige Male am Tag eintritt). Jemand erwähnte, dass ich, wenn ich einen ausreichend großen Kondensator verwende, einen Widerstand in Reihe schalten muss, um die "kapazitive Last" zu mildern (ein Begriff, den ich später herausfand, hat wenig mit dieser Situation zu tun).

Also - wie viel Strom zieht (theoretisch) eine 3300uF-Elektrolytkappe in einem 12-V-Stromkreis, wenn sie zum ersten Mal erregt wird? (Mir ist klar, dass der Wert mit der Zeit abnimmt, wenn die Obergrenze berechnet wird.)

capacitor current kolosy
quelle

Es besteht aus 2 Komponenten. Beim ersten Einschalten ist ein Einschaltstrom vorhanden, der vom ESR Ihrer Kappe und vom dV / dT beim Einschalten abhängt. Nach diesem vorübergehenden Ereignis lädt sich der Kondensator langsam auf. Die Ladezeitkonstante ist RC. Wie viel Vorwiderstand Sie aufgrund dessen variieren, hängt davon ab. Wir können 5RC Zeit annehmen, um den Kondensator vollständig aufzuladen. Soweit ich weiß, Q = CV, ist nur die Ladung wichtig. Der Strom variiert zunächst basierend auf Ihrem Vorwiderstand. Wenn sich der Kondensator dem vollständig geladenen Zustand nähert, nimmt der Strom langsam ab. Wenn der Kondensator vollständig aufgeladen ist, ist der Strom Null. Charge mate

user19579

Der Strom beim Laden eines Kondensators basiert nicht auf der Spannung (wie bei einer ohmschen Last). stattdessen basiert es auf der Änderungsrate der Spannung über die Zeit oder ΔV / Δt (oder dV / dt).

Die Formel zum Ermitteln des Stroms beim Laden eines Kondensators lautet:

ich = C. \frac{d V.}{d t}

$I = C\frac{dV}{dt}$

Das Problem ist, dass der Innenwiderstand (oder ein Serienstrombegrenzungswiderstand, falls Sie einen enthalten) nicht berücksichtigt wird oder dass der Kondensator bereits eine Ladung hat.

Sie müssen die sich ständig ändernde Ladung berücksichtigen, die auf den Kondensator angewendet wird. Mit anderen Worten, ganz am Anfang sieht es aus wie ein Kurzschluss zu Ihrem Netzteil (wieder Sperrwiderstand). Unabhängig davon, welcher maximale Strom Ihr Netzteil verarbeiten kann, ist dies der theoretische maximale Strom. Wenn sich der Kondensator auflädt, nimmt dieser Strom exponentiell ab, bis der Kondensator die maximale Ladung Q erreicht.

Die Formel dafür lautet:

ich = \frac{{V.}_{b}}{R.} e^{- - t /. R. C.}

$I = \frac{V_b}{R}e^{-t/RC}$

$V_b$

Angenommen, Sie verwenden keinen Strombegrenzungswiderstand und Ihr Netzteil hat einen Innenwiderstand von 4 Ω:

ich = \frac{12}{4} e^{- - 0 /. 0,0132}

$I = \frac{12}{4}e^{-0/0.0132}$

Zum Zeitpunkt 0 s beträgt der Strom 3A. Wenn wir beispielsweise 1 ms später rechnen:

ich = \frac{12}{4} e^{- - 0,001 /. 0,0132}

$I = \frac{12}{4}e^{-0.001/0.0132}$

Jetzt ist der Strom ~ 1 A.

Wie lange dauert das Laden des Kondensators? Wenn Sie die Zeitkonstante RC (0,0132 im Exponenten) als Wert in Sekunden verwenden , gilt als Faustregel, dass ein Kondensator in der fünffachen Dauer aufgeladen wird:

5 \cdot 0,0132 = 0,066 s

$5\cdot0.0132 = 0.066s$

Der Anfangsstrom (oder der Strom während eines Teils dieser Dauer) wird als Einschaltstrom bezeichnet . Sie können es reduzieren, indem Sie einen Serienstrombegrenzungswiderstand hinzufügen, um Ihre Stromversorgung zu schützen.

JYelton
quelle

das ist hilfreich, danke. Wie dimensioniere ich den Widerstand? sollte ich einfach die Formel I = 12 / Re ^ (- t / RC) verwenden und einen Zielstrom auswählen?

Kolosy

Sie möchten einen Wert auswählen, der dem Anfangsstrom eine Obergrenze gibt, mit der Ihre Schaltung und Ihr Netzteil sicher umgehen können. Es gibt andere Möglichkeiten, den Einschaltstrom zu begrenzen, von denen einige möglicherweise auf Ihr Gerät zutreffen oder nicht. Schauen Sie sich hier auf der Website um, es gibt ein paar Fragen dazu.

JYelton

Der Anfangsstrom ist Vb / R, wobei Vb die Versorgungsspannung und R der Serienwiderstand ist (einschließlich des ESR des Kondensators, der im Allgemeinen klein ist). Zu jedem gegebenen Zeitpunkt ist der Momentanstrom durch (Vb - Vc) / R gegeben, wobei Vb und R wie oben sind und Vc die bereits geladene Spannung am Kondensator ist. Um die ganze Geschichte zu erfahren, müssen Sie die Differentialgleichung lösen, aus der der Exponentialfaktor stammt.

John R. Strohm

@ John Danke für die Klarstellung, ich werde entsprechend bearbeiten.

JYelton

@ MisforMary Ich empfehle, eine neue Frage zu stellen und auf diese zu verweisen. Anschließend können Sie Details zum Messen und Berechnen angeben. Es wäre wahrscheinlicher zu helfen als ein Kommentaraustausch hier. :)

JYelton

Wie viel Strom zieht ein Kondensator beim Laden?

Antworten: