Kondensator

Ein Kondensator ist ein zweipoliges passives Bauelement, das elektrische Ladung speichert, wenn eine Spannung angelegt wird. Im Gehäuse sitzen zwei Leiterplatten oder Folien, die durch ein Isoliermaterial, das Dielektrikum genannt wird, getrennt sind, üblicherweise Folie, Keramik oder elektrolytische Paste. Wenn Sie ihn an eine Spannungsquelle anschließen, sammeln sich Elektronen auf einer Platte an und werden von der anderen abgebaut, wodurch ein elektrisches Feld in der Lücke entsteht. Trennen Sie die Quelle ab, behält der Kondensator diese Ladung, bis Sie einen Entladungsweg schaffen.

Das Grundmaß für die Leistung eines Kondensators ist seine Kapazität, ausgedrückt in Farad (F). Praktische Industrieeinheiten reichen von Pikofarad (pF) für Hochfrequenzschaltungen bis zu Mikrofarad (µF) oder sogar Farad für Energiespeicherung. Die Spannungsbewertung, angegeben in Volt DC oder AC, zeigt das maximal sichere Betriebspotential; wenn Sie es überschreiten, bricht das Dielektrikum durch, kurzt die Platten und zerstört das Bauelement. Echte Kondensatoren haben einen Leckstrom, der die Ladung im Laufe der Zeit langsam ablässt, und sie zeigen parasitäre Widerstände und Induktivität, die bei hohen Frequenzen von Bedeutung sind.

Häufige Typen und ihre Aufgaben

Elektrolytkondensatoren, die eine Oxidschicht als Dielektrikum nutzen, packen hohe Kapazität in kleine Gehäuse und kosten wenig; sie beherrschen Stromversorgungen und Kopplungsschaltungen, sind aber polarisiert, das heißt, sie müssen korrekt eingebaut werden und können keine Rückwärtsspannung vertragen. Folienkondensatoren (Polyester, Polypropylen, metallisiert) vertragen Wechselstrom und sind temperaturstabiler, brauchen aber mehr Platz. Keramik-Scheiben- und mehrschichtige Kondensatoren sind winzig, preiswert und überall auf Steuerplatinen zu finden. Tantalkondensatoren bieten hohe Kapazitätsdichte und Stabilität, sind aber teuer und können bei Überbelastung katastrophal ausfallen.

In Motorstartern und Kompressorschaltungen versorgen große Kondensatoren den Blindstrom, der für die Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes in einphasigen Wechselstrommotoren erforderlich ist; diese sind ausgelegt, um wiederholte Einschaltstromstöße zu überstehen. In Blindleistungskompensationssystemen in ganzen Industrieanlagen kompensieren Kondensatorbänke induktive Lasten, um Stromversorgungsstrafzahlungen zu verringern. Hochspannungs-Impulskondensatoren, gebaut mit robusten inneren Verbindungen und dickerem Dielektrikum, speichern Energie für Schweißmaschinen und Stoßprüfgeräte. Snubber-Kondensatoren, die über Schalterkontakte gelegt werden, dämpfen Spannungsspitzen beim Öffnen von Schützen und schützen diese vor Lichtbogenerosion.

Ausfallmodi im Feld sind vorhersehbar: Alter und Wärmeeintrag bauen das Dielektrikum ab, der Leckstrom nimmt zu und die Kapazität driftet nach unten ab; Elektrolytkondensatoren entlüften oder wölben sich, wenn der Innendruck durch Gasbildung die Gehäusefestigkeit übersteigt. Ein aufgeblähter oder undichter Kondensator ist ein sicheres Zeichen, dass er am Ende seiner Lebensdauer angekommen ist. Entladen Sie einen Kondensator immer, bevor Sie ihn anfassen, da gespeicherte Energie einen gefährlichen Schlag geben kann, selbst wenn die Stromversorgung unterbrochen ist. Überprüfen Sie bei der Auswahl eines Ersatzes den Kapazitätswert, die Spannungsbewertung und die physische Größe; das Einbauen eines Kondensators mit niedrigerer Spannung oder größerer physischer Größe führt zu Fehlfunktionen oder mechanischen Interferenzen.