Auswahl der korrekten Kondensatoren für HLK-Anwendungen

Kondensatoren spielen eine entscheidende Rolle für das optimale Funktionieren von HLK-Systemen (Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen) und gewährleisten einen reibungslosen und effizienten Betrieb. Die HLK-Performance kann erheblich verbessert werden, wenn die Rolle dieser Komponenten, die verschiedenen verwendeten Typen und häufige Probleme, die zu Ausfällen führen könnten, verstanden wird.

Ein Überblick über die wichtigsten Kondensatoren, die von der Elektronikabteilung von Eaton, einem mehr als hundert Jahre alten Unternehmen für Stromversorgungsprodukte, angeboten werden, kann helfen, die richtigen Komponenten für die jeweilige Anwendung zu finden.

Motoren, Kompressoren und Ventilatoren sind auf Kondensatoren angewiesen, um ihre Effizienz und Zuverlässigkeit zu verbessern. Bei der Konstruktion müssen die oft extremen Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden, die zu hohen, ungeplanten Reparaturkosten und zur Unzufriedenheit der Kunden führen können.

Zu den größten Herausforderungen gehören die hohe Hitze und Luftfeuchtigkeit, für die HLK-Systeme ausgelegt sind. Viele HLK-Systeme sind auf Dächern installiert, wo sie direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt und von Dachmaterial mit hoher Wärmeabsorption umgeben sind, was im Sommer zu Überhitzung führen kann.

Die Kompressoren und Ventilatoren, die zur Kühlung und Entfeuchtung von HLK-Anlagen eingesetzt werden, sind durch ihre rotierenden Komponenten ständigen Vibrationen ausgesetzt. Dies führt zu mechanischer Beanspruchung, die die Kondensatoren von den Befestigungspunkten lösen, den Verschleiß verschlimmern und die inneren dielektrischen Schichten abbauen kann. Stromstöße, die häufig bei Wetterereignissen auftreten, sowie Spannungsschwankungen im Stromnetz können die Integrität und Leistung von Kondensatoren beschädigen.

Frühe Anzeichen für potenzielle Probleme sind unregelmäßige Kühlung, höhere Energierechnungen als üblich und ungewöhnliche Geräusche bei der Inbetriebnahme und dem Betrieb der Klimaanlage.

Die Rolle von Kondensatoren in HLK-Anwendungen

Wie in anderen Anwendungen auch, speichern Kondensatoren in HLK-Anlagen elektrische Energie und geben sie wieder ab. Startkondensatoren sorgen für die zum Starten von Motoren erforderliche Verstärkung, während Betriebskondensatoren für einen reibungslosen Betrieb sorgen. Wenn sie optimal funktionieren, sorgen sie dafür, dass HLK-Motoren ohne Überlastung oder Überhitzung arbeiten können.

Kondensatoren bieten Phasenverschiebungs- und Energiespeicherfunktionen, die für den Start von HLK-Systemen und den Ausgleich des Energieflusses unerlässlich sind. Sie tragen auch dazu bei, Energieverluste zu verringern und die Systemeffizienz zu erhöhen, was wiederum entscheidend zur Verlängerung der Lebensdauer der Systeme und zur Gewährleistung einer möglichst effizienten Energienutzung beiträgt.

Moderne Kondensatoren für HLK-Anwendungen verwenden spezielle Materialien wie metallisiertes Polypropylen, um thermischen Belastungen standzuhalten, und bieten selbstheilende Eigenschaften, um sicherzustellen, dass sie auch bei kleineren Fehlern, die durch elektrische Lichtbögen verursacht werden, weiter funktionieren können.

Kondensatoren verwenden Polypropylenfolie als dielektrische Schicht, um eine stabile Energiespeicherung zu gewährleisten. Auf diese Folie wird eine dünne Metallschicht aufgebracht, um die Elektroden zu bilden und einen kompakten Formfaktor zu ermöglichen. Polypropylen-Folienkondensatoren haben in der Regel eine geringere Kapazitätsdichte. Bei Hochleistungsanwendungen bieten sie jedoch erhebliche Vorteile gegenüber elektrolytischen Typen, wie z. B. eine bessere Stabilität, Spannungsfestigkeit, geringere Verluste und eine längere Lebensdauer.

HLK-Kondensatoren von Eaton

Eaton bietet eine Reihe von Kondensatoren an, die die Leistung und Zuverlässigkeit von HLK-Anlagen verbessern. Die Palette der DC-Zwischenkreis-, Sicherheits-, AC-Filter- und Impuls-Filmkondensatoren des Unternehmens ergänzt die Zuverlässigkeit und Leistung von HLK-Konstruktionen.

Die aus metallisierter Polypropylenfolie gefertigten Mittelspannungskondensatoren von Eaton sind für verschiedene HLK-Anwendungen geeignet und bieten Vielseitigkeit und Stabilität sowie Flexibilität beim Systemdesign. Sie können eingesetzt werden, um elektrisches Rauschen und hochfrequente Störungen zu filtern, Spannungsspitzen zu absorbieren, um Systeme vor transienten Ereignissen zu schützen, und die Leistungsfaktorkorrektur zu verbessern.

Eatons Zwischenkreiskondensatoren der EFDKx-Serie (Abbildung 1) minimieren Leistungsverluste, indem sie harmonische Verzerrungen reduzieren und einen gleichmäßigen Stromfluss zu Motoren und Kompressoren sicherstellen. Sie halten die Gleichspannung konstant, gleichen Stromschwankungen aus und filtern elektrische Störungen.

Abbildung 1: Ein Zwischenkreis-Folienkondensator der EFDKx-Serie. (Bildquelle: Eaton)

Die verlustarmen EFDKx-Kondensatoren können einen hohen Brummstrom aufnehmen, ohne zu überhitzen. Diese mit Epoxidharz vergossenen Kondensatoren in einem Kunststoffgehäuse mit zwei- oder vierpoligen verzinnten Kupferdrahtanschlüssen fungieren als Zwischenstufe zwischen einem Gleichrichter (DC/DC-Wandler) und einem Wechselrichter (DC/AC).

Die Sicherheitsfolienkondensatoren der EFX-Serie von Eaton bestehen ebenfalls aus metallisiertem Polypropylenfilm, der mit selbstverlöschendem Harz ummantelt ist. Diese auch als EMI-Entstörkondensatoren bezeichneten Komponenten bieten Überspannungsschutz und Isolierung. Sie sind automobiltauglich (THB-Stufe IIIB und AEC-Q200-qualifiziert) und zeichnen sich durch hohe Zuverlässigkeit aus und sind für Anwendungen in rauen Umgebungen konzipiert. Sie sind in Entstörversionen der Klassen X1 und X2 erhältlich und werden in einer Vielzahl von Größen, Leitungslängen und Anschlusskonfigurationen angeboten.

Desweiteren können auch die Impuls-Folienkondensatoren der EFPLS-Serie von Eaton für schnelles Laden und Entladen verwendet werden. Sie sind ebenfalls nach THB-Stufe IIIB und AEC-Q200 qualifiziert und bieten eine Hochleistungs-Energiespeicherung für pulsierende Anwendungen, die schnelle Stromstöße erfordern.

Eatons AC-Filterfolienkondensatoren der EFACA-Serie sind ebenfalls gemäß THB-Stufe IIIB und AEC-Q200 qualifiziert und bieten Leistungsfaktorkorrektur und Oberwellenfilterung für Stromrichterschaltungen. Sie können zur Senkung der Energiekosten und zur Verbesserung der Stromqualität eingesetzt werden.

Eatons Kondensatoren können in verschiedenen Parallel-/Reihenkombinationen konfiguriert werden, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen, die auf den Anforderungen an die Kilovoltampere-Blindleistung (kVAR), die Systemspannung und die Schutzstrategie basieren.

Superkondensatoren für kritische Funktionen

Eaton bietet auch mehrere Familien von Knopfzellen-Superkondensatoren (Abbildung 2) an, die elektrochemische Energiespeicherung in einem kompakten und hochkapazitiven Formfaktor bieten. Diese Bauteile können elektrische Energie schnell speichern und wieder abgeben.

Abbildung 2: Ein Knopfzellen-Superkondensator von Eaton. (Bildquelle: Eaton)

Superkondensatoren liefern bei kurzzeitigen Unterbrechungen oder Spannungsabfällen sofortige Notstromversorgung und sind in der Lage, schnelle Energiespitzen zu liefern, um die Systemstabilität aufrechtzuerhalten, bis die Stromversorgung wiederhergestellt ist oder Hilfsstrom aktiviert wird. Außerdem können sie in Zeiten hohen Strombedarfs Spitzenstrom liefern und so die zusätzliche Belastung der primären Stromquellen verringern. Durch die Glättung von Spannungsschwankungen tragen Superkondensatoren zur Aufrechterhaltung eines konstanten Spannungsniveaus in HLK-Systemen bei, um empfindliche elektronische Komponenten zu schützen und einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

Eatons Superkondensatoren der Serien KR/KW und KVW sind für einen wartungsfreien Betrieb und eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren ausgelegt. Sie nutzen die Konstruktion eines elektrischen Doppelschichtkondensators (EDLC) in Kombination mit firmeneigenen Materialien und Verfahren, um eine hohe Zuverlässigkeit, hohe Leistung und eine Energiespeicherung mit extrem hoher Kapazität zu gewährleisten.

Die KR-Serie eignet sich für kompakte, leicht zu bedienende Anwendungen, wie z. B. Echtzeituhr-Backup. Die KW-Serie ist für anspruchsvollere Industrie- und HLK-Umgebungen mit einem erweiterten Temperaturbereich bis +85°C ausgelegt, während die KVW-Serie eine robuste Notstromversorgung für leichte Industrie- und Verbraucheranwendungen in diesem erweiterten Temperaturbereich bietet.

Fazit

Kondensatoren sind in HLK-Systemen von entscheidender Bedeutung, da sie die Effizienz und Zuverlässigkeit erhöhen, indem sie wichtige elektrische Energie speichern und zur Leistungsoptimierung freigeben. Eaton bietet eine Reihe von Kondensatoren an, darunter Zwischenkreiskondensatoren, Sicherheitskondensatoren und Puls-Folienkondensatoren, die für raue Umgebungsbedingungen ausgelegt sind und die Systemleistung verbessern.