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Technische Sonderthemen
WIMA Becherumhüllung
WIMA Kunststofffolien-Kondensatoren werden sowohl in bedrahteter als auch in SMD Ausführung in bewährter Bechertechnologie gefertigt, die im Vergleich zu nichtumhüllten, umpressten oder getauchten Kondensatoren wesentliche Vorteile aufweist:
- Schutz des Kondensatorelements vor mechanischen und thermischen Überbelastungen während des Verarbeitungsprozesses und des Betriebs.
- Keine Gefahr interner Cracks aufgrund der konstruktionsbedingten Elastizität des Aufbaus.
- Exzellente Selbstheileigenschaften metallisierter WIMA Kondensatoren aufgrund des geringen Lagendrucks im Inneren des Kondensatorwickels.
- Flammhemmendes Kunststoffgehäuse gemäß UL 94 V-0.
- Klar definierte geometrische Abmessungen für hohe Packungsdichten und präzises Bestücken der Leiterplatten. Selbst größere Bauformen sind problemlos automatisch bestückbar.
- Standardisierte Gehäusegrößen für problemlose Substitution von Wettbewerbsprodukten.
WIMA Ausheilgüte als Qualitätsstandard
Die von WIMA in Wickeltechnologie gefertigten Kondensatoren werden als Einzelwickel gefertigt. Der für ein gutes Ausheilverhalten benötigte optimale effektive Lagendruck kann individuell auf den jeweiligen Kondensator eingestellt werden.
WIMA Kondensatoren zeichnen sich durch ein hervorragendes Ausheilverhalten aus.
Zur Darstellung der Ausheileigenschaften wird eine Gleichspannungsprüfung herangezogen:
Hier zeigt sich offensichtlich, daß MKT-Schichtkondensatoren bereits nach wenigen Ausheilungen in Kurzschluß gehen. Auch liegt die Höhe der Durchschlagsspannung im allgemeinen deutlich niedriger. Geringe Belastbarkeit und reduzierte Lebensdauer sind die Folge. WIMA Kondensatoren zeigen dagegen eine erstaunliche Zählebigkeit. Neben der sehr hohen Durchbruchspannung heilen sie um ein Vielfaches häufiger aus als entsprechende Schichtkondensatoren. Der Versuch belegt eindeutig die hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer von WIMA MKS Kondensatoren, weit über die Katalogdaten hinaus.
- Der zu prüfende Kondensator wird über einen Vorwiderstand R ~ 10 kΩ an eine regelbare Gleichspannungsquelle gelegt.
- Die Spannung am Kondensator wird mit einem Linienschreiber oder Oszilloskop betrachtet (Zeichnung).
- Die Spannung am Kondensator wird kontinuierlich, über die Nennspannung des Kondensators hinaus, bis zu den ersten Ausheilungen erhöht. Der Linienschreiber zeigt deutliche Einbrüche der Kondensatorspannung und ein erneutes Wiederaufladen bis zur nächsten Ausheilung.
Hier zeigt sich offensichtlich, daß MKT-Schichtkondensatoren bereits nach wenigen Ausheilungen in Kurzschluß gehen. Auch liegt die Höhe der Durchschlagsspannung im allgemeinen deutlich niedriger. Geringe Belastbarkeit und reduzierte Lebensdauer sind die Folge. WIMA Kondensatoren zeigen dagegen eine erstaunliche Zählebigkeit. Neben der sehr hohen Durchbruchspannung heilen sie um ein Vielfaches häufiger aus als entsprechende Schichtkondensatoren. Der Versuch belegt eindeutig die hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer von WIMA MKS Kondensatoren, weit über die Katalogdaten hinaus.
Berechnung der zulässigen Belastung von WIMA-Kondensatoren
Werden Kondensatoren mit sinusförmiger Wechselspannung belastet, so ist der zulässige Wert aus den Kurven der Datenblätter der entsprechenden Kondensator-Reihen zu entnehmen.
Bei Impulsspannungen muß jedoch anhand des nachstehend beschriebenen Rechenganges untersucht werden, welcher Kondensatortyp für den jeweiligen Anwendungsfall in Frage kommt.
Bei der Festlegung der Nennspannung UN- des Kondensators (gegen Nullpotential) ist die Spannungsfestigkeit 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.
Kurve 1: Spannungsfestigkeit der Polypropylenfolie in Abhängigkeit von der Frequenz (Richtwerte).
Die Berechnung der notwendigen Spannungsfestigkeit zeigt folgendes Beispiel (Umin, Umax haben gleiche Vorzeichen).
Außerdem darf die aus der Spitze- Spitze- Spannung errechnete Effektivspannung nicht größer sein als die Nennwechselspannung des Kondensators, um die Ionisationsgrenze nicht zu überschreiten:
Ueff < UN~
Für die Errechnung der max. Strombelastbarkeit der Kontaktierung wird bei Kondensatoren die Spannungssteilheit der Impulse (Flankensteilheit F) zugrunde gelegt.
Imax = F · C · 1,6
Die Werte für die Nennflankensteilheit FN, bezogen auf den vollen Nennspannungshub, sind in den Datenblättern der jeweiligen Baureihe angegeben. Bei geringeren Spannungshüben im Betrieb (USS) berechnet sich die zulässige Strombelastung gemäß:
zum Beispiel UN = 63 V, USS = 12 V, FN = 50 V/µs.
Fmax somit
Bei Ausnutzung der oberen Strombelastbarkeitsgrenze muß bei höheren Frequenzen die Eigenerwärmung berücksichtigt werden, sie darf max. 8 K betragen.
Die Verlustleistung bei nicht sinusförmigen Wechselspannungen und Impulsen errechnet sich näherungsweise wie folgt:
fImp =
Die Erwärmung ist: E[K] =
Tabelle 1: Die Angaben gelten für normale Einbau- und Belüftungsverhältnisse unter Vermeidung von Strahlungswärme innerhalb des Gerätechassis.
In kritischen Einsatzfällen empfiehlt sich die Messung der Oberflächentemperatur der Kondensatoren unter Berücksichtigung eines Temperaturabfalls in der Kondensatorenumhüllung von 5K. Bitte nehmen Sie dann unsere technische Beratung in Anspruch.
Ermittlung der zulässigen Wechselspannung und des Wechselstroms bei vorgegebener Frequenz.
Zur Bestimmung der zulässigen Wechselspannung bei Applikationen im höheren Frequenzspektrum, stehen für die betreffenden Baureihen Wechselspannungsderatingskurven in Abhängigkeit von der Frequenz zur Verfügung. Die Diagramme beziehen sich auf eine zulässige Eigenerwärmung von:
Δϑ < 10 K.
So ergibt sich z.B. für den WIMA MKP 10 / 0,01µF / 630V-/400V~ eine zulässige Wechselspannung bei f = 50kHz von
U = 280 V~ (Kurve 2).
Kurve 2: Zulässige Wechselspannung in Abhängigkeit von der Frequenz bei 10°C Eigenerwärmung (Richtwerte).
Die aus den Diagrammen entnommene Wechselspannungsangabe kann auch zur Ermittlung des maximalen Effektivstromes herangezogen werden
Der ermittelte Spitzenwert des Effektivstromes
darf die spezifizierte Spitzenstrombelastung aus der Impulsbelastungsrechnung (Flankensteilheit F) nicht überschreiten. Andernfalls ist die Betriebswechselspannung entsprechend zu reduzieren.
Bei Impulsspannungen muß jedoch anhand des nachstehend beschriebenen Rechenganges untersucht werden, welcher Kondensatortyp für den jeweiligen Anwendungsfall in Frage kommt.
Bei der Festlegung der Nennspannung UN- des Kondensators (gegen Nullpotential) ist die Spannungsfestigkeit 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.
Kurve 1: Spannungsfestigkeit der Polypropylenfolie in Abhängigkeit von der Frequenz (Richtwerte).
Die Berechnung der notwendigen Spannungsfestigkeit zeigt folgendes Beispiel (Umin, Umax haben gleiche Vorzeichen).
Außerdem darf die aus der Spitze- Spitze- Spannung errechnete Effektivspannung nicht größer sein als die Nennwechselspannung des Kondensators, um die Ionisationsgrenze nicht zu überschreiten:
Ueff < UN~
Für die Errechnung der max. Strombelastbarkeit der Kontaktierung wird bei Kondensatoren die Spannungssteilheit der Impulse (Flankensteilheit F) zugrunde gelegt.
Imax = F · C · 1,6
Die Werte für die Nennflankensteilheit FN, bezogen auf den vollen Nennspannungshub, sind in den Datenblättern der jeweiligen Baureihe angegeben. Bei geringeren Spannungshüben im Betrieb (USS) berechnet sich die zulässige Strombelastung gemäß:
| Fmax = UNUSS · FN |
zum Beispiel UN = 63 V, USS = 12 V, FN = 50 V/µs.
Fmax somit
6312
· 50 = 262,5 V/µs.Bei Ausnutzung der oberen Strombelastbarkeitsgrenze muß bei höheren Frequenzen die Eigenerwärmung berücksichtigt werden, sie darf max. 8 K betragen.
Die Verlustleistung bei nicht sinusförmigen Wechselspannungen und Impulsen errechnet sich näherungsweise wie folgt:
| PV | = Ueff 2 · ωC · tanδ |
| PV | = Verlustleistung in Watt (sieheTabelle 1 für Wmax. per K). |
| Ueff | = Effektivwert des Wechselspannungsanteils. |
| ω | = 2π · f, wobei f die Frequenz der Impulsfolge ist. |
| C | = Kapazität in Farad |
| tanδ | = Verlustfaktor, der der Frequenz der größten Steilheit des Impulses entspricht. |
fImp =
1Impulsbreite
Die Erwärmung ist: E[K] =
errechnete Verlustleistungspez. Verlustleistung
(Tabelle 1)| Rastermaß in mm | Spezifische Verlustleistung in W für 1K über Umgebungstemperatur |
| 2,5 5 7,5 10 15 22,5 27,5 37,5 |
0,0025 0,004 0,006 0,0075 0,012 0,015 0,025 0,03 |
Tabelle 1: Die Angaben gelten für normale Einbau- und Belüftungsverhältnisse unter Vermeidung von Strahlungswärme innerhalb des Gerätechassis.
In kritischen Einsatzfällen empfiehlt sich die Messung der Oberflächentemperatur der Kondensatoren unter Berücksichtigung eines Temperaturabfalls in der Kondensatorenumhüllung von 5K. Bitte nehmen Sie dann unsere technische Beratung in Anspruch.
Ermittlung der zulässigen Wechselspannung und des Wechselstroms bei vorgegebener Frequenz.
Zur Bestimmung der zulässigen Wechselspannung bei Applikationen im höheren Frequenzspektrum, stehen für die betreffenden Baureihen Wechselspannungsderatingskurven in Abhängigkeit von der Frequenz zur Verfügung. Die Diagramme beziehen sich auf eine zulässige Eigenerwärmung von:
Δϑ < 10 K.
So ergibt sich z.B. für den WIMA MKP 10 / 0,01µF / 630V-/400V~ eine zulässige Wechselspannung bei f = 50kHz von
U = 280 V~ (Kurve 2).
Kurve 2: Zulässige Wechselspannung in Abhängigkeit von der Frequenz bei 10°C Eigenerwärmung (Richtwerte).
Die aus den Diagrammen entnommene Wechselspannungsangabe kann auch zur Ermittlung des maximalen Effektivstromes herangezogen werden
| XC = 1ω · C = 12π · 50kHz · 0,01 µF |
XC = 318 Ω |
| IC = UCXC = 280 V~318 MΩ |
IC = 0,88 A |
Der ermittelte Spitzenwert des Effektivstromes
| IP = IC · √2 = 0,88 A · √2 | IP = 1,24 A |
Berechnungsbeispiel für Impuls-Kondensatoren
Ermittlung der Nennspannung
Falls keine anderslautenden Angaben vom Anwender vorliegen, wird eine Betriebstemperatur < +60°C zugrunde gelegt.
UN- > 350 V
Ueff~ 85 V (bezogen auf Wechselspannungsanteil)
Gewählte Nennspannung: 400V- / 250V~ RM 27,5mm
Zugelassene Spannungssteilheit
Der Spannungsanstieg beträgt
350 V4 µs
~ 87,5 V/µs.Wert aus der Tabelle "Impulsbelastung WIMA FKP 1": 7000 V/µs.
Die errechnete Spannungssteilheit liegt somit innerhalb der zulässigen Katalogangabe des ausgewählten Kondensators.
Verlustleistung
Vorgegeben:
Ueff = 85 V
f = 32 kHz
C = 0,1 µF
Aus der Impulssteilheit abgeleitete Frequenz:
Impulsbreite = 15 µs = 1 Periode.
fImp =
115 · 10-6
~ 66 kHztanδ bei kHz bei WIMA FKP 1 ~ 10 · 10-4 (Polypropylen-Kurve: Verlustfaktor in Abhängigkeit von der Frequenz)
PV = 852 · 2π · 32 · 103 · 0,1 · 10-6 · 10 · 10-4 ~ 0,145 W.
Der gewählte Kondensator hat bei einem RM von 27,5mm
(Berechnung der zulässigen Belastung von WIMA-Kondensatoren: Tabelle 1, spezifische Verlustleistung = 0,025 W/K) eine Eigenerwärmung von:
E =
0,145 W0,025 W/K
~ + 6K.Eigenerwärmung + max. Umgebungstemperatur = zulässige Betriebstemperatur unter Berücksichtigung des Temperatur-Spannungsderatings (siehe technische Angaben WIMA FKP 1). Wird die zulässige Temperatur überschritten, so ist ein Kondensator mit höherer Bemessungsspannung zu wählen.
Bei Einsendung von Spannungs- und Stromoszillogrammen sind wir gerne bereit, Ihnen geeignete Kondensatoren vorzuschlagen. In diesem Fall wenden Sie sich bitte an den WIMA Vertrieb unter +49 621 86295-0 oder sales@wima.de.
Konstruktionsbedingte Eigeninduktivität
Je nach Aufbau erzeugt ein Wechselstrom im Kondensatorwickel ein mehr oder weniger ausgeprägtes Magnetfeld, das sich als Induktivität messen lässt.
Die Länge des Wickelelements bestimmt die Höhe der Eigeninduktivität
Moderne Kunststofffolien-Kondensatoren sind über die gesamte Stirnfläche des Kondensatorwickels kontaktiert. Die Eigeninduktivität des Wickels ist dadurch kurzgeschlossen und wird reduziert auf das jeweilige Rastermaß (0,8 nH/mm) und die verbleibende Länge der Anschlußdrähte (im Falle von SMD-Kondensatoren auf den Abstand zwischen den Lötflächen).
Durchschnittswerte für praktische Anwendungen: längenbezogene Induktivität = 0,8 nH/mm
Beispiel: Drahtlänge = 2 x 3 mm + RM
Die Folientechnik, geschichtet oder gewickelt, zeigt keine Unterschiede.
Alter Typ mit hoher Eigeninduktivität
Die Länge des Wickelelements bestimmt die Höhe der Eigeninduktivität
Moderner WIMA Typ
Moderne Kunststofffolien-Kondensatoren sind über die gesamte Stirnfläche des Kondensatorwickels kontaktiert. Die Eigeninduktivität des Wickels ist dadurch kurzgeschlossen und wird reduziert auf das jeweilige Rastermaß (0,8 nH/mm) und die verbleibende Länge der Anschlußdrähte (im Falle von SMD-Kondensatoren auf den Abstand zwischen den Lötflächen).
Durchschnittswerte für praktische Anwendungen: längenbezogene Induktivität = 0,8 nH/mm
Beispiel: Drahtlänge = 2 x 3 mm + RM
WIMA MKS 02 / RM 2,5 mm
Eigeninduktivität L < 8 nH[/fusion_text][/one_half]
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WIMA SMD /Size Code 1812
Eigeninduktivität L < 6 nH[/fusion_text][/one_half]
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Ansteigende Wickellänge im Verhältnis zur Kapazität ergibt große Kontaktierungsfläche und garantiert niedrige ESR -Werte.
Somit heben sich Kunststofffolien-Kondensatoren aufgrund ihrer HF-Eigenschaften, die gleich oder besser sind als die von Keramik-Kondensatoren in vergleichbarer Bauform, ab.[/toggle]
[toggle title="Scheinwiderstandsverlauf im Vergleich " open="no"][one_half last="no" spacing="yes" center_content="no" hide_on_mobile="no" background_color="" background_image="" background_repeat="no-repeat" background_position="left top" hover_type="none" link="" border_position="all" border_size="0px" border_color="" border_style="" padding="" margin_top="" margin_bottom="" animation_type="" animation_direction="" animation_speed="0.1" animation_offset="" class="" id=""][fusion_text]
 |
WIMA MKS 02 / 0,1µF/ RM 2,5mm Z = f(f) / f(T) -20° bis +85°C (auch auf SMD Size Code 1812 anwendbar) |
 |
WIMA MKS 2 / 0,1µF/ RM 5mm Z = f(f) / f(T) -20° bis +85°C (auch auf SMD Size Code 2220 anwendbar) |
 |
Keramik X7R / RM 5mm Z = f(f) / f(T) -20° C 0° +25° +40° +60° +85° |
Der Scheinwiderstandsverlauf über Temperatur ist bei Folienkondensatoren vernachlässigbar, aber bemerkenswert bei Keramikkondensatoren.
Die Folientechnik, geschichtet oder gewickelt, zeigt keine Unterschiede.
Verschaltung von Kondensatoren
Parallelschaltung
| Ctotal = C1 + C2 + ... |
Serienschaltung
1Ctotal = 1C1 +1C2 + ... |
Kennzeichnung von WIMA Kondensatoren
SMD Kondensatoren
Seit Juli 2003 wurde die Bestempelung von WIMA SMD Kondensatoren schrittweise eingestellt. Die Identifikation erfolgt durch Aufkleber auf den Verpackungseinheiten bzw. durch die beiliegenden Lieferscheine.
Bedrahtete Kondensatoren
In der Regel werden bedrahtete WIMA-Kondensatoren auf der Vorderseite des Bechers mit Markennamen, Typenbezeichnung, Kapazitätswert, Nennspannung, Datumscode und Toleranzangabe gekennzeichnet. Bei Kondensatoren mit kleineren Becherabmessungen als Rastermaß 15 mm wird die Toleranzangabe auf der Rückseite des Bechers angebracht. Kondensatoren ohne Toleranzangabe weisen die Standardtoleranz 20% auf.
RM 2,5 mm Bechergröße < 3,8 x 8,5 x 4,6 mm
RM 2,5 mm Bechergröße > 3,8 x 8,5 x 4,6 mm
RM 5 mm Bechergröße < 8,5 x 10 x 7,2 mm
RM 5 mm Bechergröße > 8,5 x 10 x 7,2 mm
RM 5 mm Kopfbestempelung
| Kapazität | Code |
| 0,01 µF 0,015 µF 0,022 µF 0,033 µF 0,047 µF 0,068 µF |
10n 15n 22n 33n 47n 68n |
| 0,1 µF 0,15 µF 0,22 µF 0,33 µF 0,47 µF 0,68 µF |
µ1 µ15 µ22 µ33 µ47 µ68 |
| 1,0 µF 1,5 µF 2,2 µF 3,3 µF 4,7 µF 6,8 µF |
1µ 1µ5 2µ2 3µ3 4µ7 6µ8 |
| 10 µF | 10µ |
Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Temperatur
Verlustfaktor in Abhängigkeit von der Frequenz
Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Temperatur
Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Temperatur
Verlustfaktor in Abhängigkeit von der Frequenz
Gebecherte Version
Getauchte Version
