Kondensatoren werden im Tutorial Grundlagen der Elektrotechnik eingeführt. Bitte lesen Sie dieses Kapitel vorab noch einmal durch. Anschaulich wird das Verhalten von Spannung und Strom am Kondensator in diesem Kapitel beschrieben.
Am Kondensator gilt:
Kondensatoren werden in der Leistungselektronik zur Glättung von Spannungen eingesetzt. Fließt an einer Stelle in einer Schaltung viel Strom, ändert sich dort in Folge oft die Spannung besonders stark. Fließt der Strom durch einen Widerstand, ändert sich die Spannung um ΔU = R ∙ ΔI. Kondensatoren sorgen dafür, dass sich die Spannung trotz großer Stromänderung nur wenig ändert. Es gibt zwei Betrachtungsweisen, um den Glättungseffekt zu verstehen:
Damit sich die Spannung an einem Kondensator in Form von dU/dt ändern kann, muss Strom in ihn hinein oder aus ihm herausfließen. Der Strom am Kondensator ist proportional zur Spannungsänderung bzw. Ableitung der Spannung du/dt. Je stärker sich die Spannung ändert, desto mehr Strom muss fließen. Je größer die Kapazität C ist, desto mehr Strom muss pro Spannungsänderung fließen. Bei einem festen Strom ändert sich die Spannung bei hoher Kapazität also weniger stark als bei niedriger Kapazität.
Wenn Strom aus einem Kondensator gezogen wird oder in ihn hineinfließt, ändert sich die Spannung in Form der Integralgleichung. Die Spannungsänderung durch diesen Strom ist proportional zum Integral – also der Summe – des Stroms. Je mehr Strom fließt, desto höher ist die Spannungsänderung. Der Vorfaktor 1/C sorgt dafür, dass sich die Spannung mit höherer Kapazität C weniger stark ändert.
Als nächstes gehen wir zurück auf die Analogie des Kondensators als Wasserspeicher. Der elektrische Strom entspricht dem Zu- oder Ablauf des Wassers. Die Spannung entspricht dem Füllstand und die Kapazität der Grundfläche des Wasserspeichers. Wenn am Wasserspeicher Wasser pro Zeit zu- oder abfließt, ändert sich der Füllstand umso weniger stark, je größer die Grundfläche des Speichers ist. Bei einem Schwimmbecken ändert sich bei gleichem Zulauf die Füllhöhe weniger stark als bei einem Wasserglas. In der Leistungselektronik setzen wir Kondensatoren der Größe eines Schwimmbades ein, damit Zu- oder Ablauf von Wasser (Strom) sich möglichst wenig auf den Füllstand (Spannung) auswirken.
Wenn wir eine große Kapazität C bereitstellen, sorgt ein Kondensator in einer Schaltung dafür, dass sich die Spannung nur wenig ändert, auch wenn der Strom sich stark ändert. Dieses Verhalten behalten Sie bitte im Hinterkopf, wenn Sie das Tutorial weiterbearbeiten.
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