Was ist ein Kondensator?
Ein Kondensator ist ein Bauteil, das aus zwei Metallplatten besteht, zwischen denen sich eine elektrisch nicht leitende Substanz befindet.
Im Allgemeinen haben Kondensatoren zwei Funktionen: die Speicherung elektrischer Ladung und die Weiterleitung von Wechselstrom.
Anwendungen von Kondensatoren
Kondensatoren werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von Haushaltsgeräten bis hin zu Industrieanlagen. Sie sind fester Bestandteil aller Produkte mit elektronischen Schaltungen. Kondensatoren werden insbesondere in folgenden Bereichen eingesetzt:
- Steuerplatinen für Klimageräte wie Klimaanlagen und Kühlschränke
- Steuerplatinen für Warmwasserbereiter
- Steuerinfrastruktur für Fernsehgeräte und Rekorder
- Leistungsgeräte für die Korrektur des Leistungsfaktors in Umspannwerken
- Computer-Steuerungsinfrastrukturen und AC-Adapter
Funktionsweise von Kondensatoren
Ein Kondensator ist ein Bauteil, das aus einem Dielektrikum zwischen zwei Metallelektroden besteht. Wenn zwischen den beiden Elektroden eines Kondensators eine Gleichspannung angelegt wird, wird eine elektrische Ladung in den Elektroden gespeichert, da sie das Dielektrikum nicht überschreiten kann.
Die gespeicherte Ladung verhält sich zunächst so, als bestünde eine scheinbare Kontinuität zwischen den beiden Polen. Wenn die Ladung allmählich gesättigt ist, verhält sie sich so, als ob die beiden Pole völlig offen wären.
Aufgrund dieser Eigenschaften von Kondensatoren werden sie eingesetzt als:
Reservestromquellen
Indem sie die gespeicherte Ladung freisetzen, können sie als vorübergehende Reservestromquelle dienen.
Spannungsglättung
Durch das Speichern oder Freigeben einer Ladung ist es möglich, den pulsierenden Strom zu glätten; diese Funktion wird z. B. von Wechselstromadaptern genutzt.
Entstörung und Extraktion bestimmter Frequenzspannungen
Spannungen im Frequenzband des Rauschens können durch Glättung entfernt werden. Wenn ein Resonanzkreis mit einer Spule aufgebaut wird, ist es möglich, nur einige Signale aus dem Frequenzband zu entfernen.
Arten von Kondensatoren
Es gibt verschiedene Arten von Kondensatoren, z. B. Elektrolytkondensatoren, Folienkondensatoren und elektrische Doppelschichtkondensatoren:
1. Elektrolytkondensatoren
Die Metallanode wird einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um einen Oxidfilm zu bilden, der als Dielektrikum dient. Für die Kathode wird eine Elektrolytlösung oder ähnliches verwendet. Gängige Anodenmaterialien sind aus Leistungs- und Preisgründen z. B. Aluminium.
2. Folienkondensatoren
Die Elektroden bestehen aus Metallfolie oder aufgedampftem Metall. Das Dielektrikum ist eine Kunststofffolie. Folienkondensatoren haben keine Polarität und können daher in Wechselstromkreisen verwendet werden.
3. Elektrische Doppelschichtkondensatoren
Elektrische Doppelschichtkondensatoren verwenden kein Dielektrikum. Stattdessen wird eine Grenzschicht, eine so genannte elektrische Doppelschicht, verwendet, um elektrische Ladung zu speichern.
Weitere Informationen zu Kondensatoren
1. Ablesen der Kapazität eines Kondensators
Die Leistung eines Kondensators wird durch seine Kapazität ausgedrückt. Die Einheit der Kapazität ist pF oder µF, wobei pF die gängigste Einheit ist, außer bei großen Kondensatoren.
Die Anzeige der Kapazität hängt davon ab, ob die Kapazität größer als oder gleich 100 pF oder kleiner als 100 pF ist und ob R in der Anzeige verwendet wird; bei 100 pF oder mehr gibt das Ende der Kapazität den Multiplikator an. Ein Kondensator mit der Bezeichnung ‚541‘ hat zum Beispiel 54 x 10¹ = 540 pF.
Bei weniger als 100 pF ist die Zahl so zu lesen, wie sie ist; wenn R verwendet wird, ist R als Dezimalpunkt zu lesen. Ein 4R7″-Ultrakondensator hat zum Beispiel 4,7 pF. Die Toleranzen für Kondensatoren werden auch in alphabetischer Form angegeben.
Im Fall von B ±0,5 pF für 10 pF oder weniger und ±0,1 % für 10 pF oder mehr. Ein 102J-Kondensator ist beispielsweise 10 x 10² ±5 % = 950 pF bis 1050 pF.
2. Lebensdauer von Kondensatoren
Kondensatoren bestehen aus abwechselnden Schichten von Elektroden und Dielektrika. Das Dielektrikum enthält zur Erhöhung der Kapazität einen Elektrolyt, der mit der Zeit verdunstet. Dies wird als Austrocknung bezeichnet und die Lebensdauer eines Ultrakondensators endet, wenn der Elektrolyt im Inneren aufgebraucht ist.
Die Lebensdauer eines Kondensators wird also von der Umgebungstemperatur beeinflusst. Steigt die Umgebungstemperatur um 10 °C, verdoppelt sich die Verdampfungsrate ungefähr. Umgekehrt halbiert sich die Verdampfungsrate, wenn die Temperatur um 10 °C sinkt.
Allgemeine Kondensatoren sind bei 105 °C und 2000 Stunden spezifiziert. Sinkt die Umgebungstemperatur um 10 °C, verringert sich die Lebensdauer auf 4000 Stunden, und wenn die Umgebungstemperatur um 30 °C fällt, beträgt die Lebensdauer etwa 1,8 Jahre. Auch Kondensatoren erwärmen sich durch den Strom selbst. Dieser Temperaturanstieg wirkt sich ebenfalls auf die Lebensdauer aus und muss berücksichtigt werden.
Darüber hinaus gibt es auch eine Lebensdauer, die von der angelegten Spannung abhängt. Bei Nennspannung ist sie nur sichtbar, aber bei Überspannung oder Rückspannung kommt es zu einer chemischen Reaktion an den Elektroden, die die Lebensdauer verkürzt.