Pufferung von Leistungsspitzen mittels Supercap
Moin, moin!
Ich möchte zu Veranschaulichungszwecken im Themenbereich "Energieflexibilisierung" die Leistungsspitzen von einer Fertigungsmaschine glätten. Dafür möchte ich einen Superkondensator benutzen, der über bis zu 5 Sekunden bis zu 30 Watt bereitstellen bei einer Betriebsspannung von 24 Volt zusteuern soll, wenn meine Maschine gerade besonders schuften muss. Aufladen soll er sich in Zeiten des Produktionszyklus, zu denen die Maschine nicht soviel Leistung frisst. Als Ergebnis möchte ich einen annähernd konstanten Leistungsverbrauch messen können.
Mein Frage: Wie kann ich meinen Supercap verschalten? Was brauche ich an Messelektronik, damit er sich entsprechend ab- und zuschaltet oder tut er das auf Wunderweise automatisch? Und wie könnte eine provisorische Schaltung aussehen?
Vielen lieben Dank! Ich bin sehr gespannt auf eure Antworten.
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Zitat:
Zitat von
KondensatorKeule
Wenn ich meinen Kondensator parallel zum Verbraucher schalte, würden auf jeden Fall Lastspitzen beim Anlaufen gepuffert werden. Da habe ich viele Beispiele von Glättungs- oder Pufferkondensatoren gefunden, vor allem im Car-HiFi-Bereich zum Auffangen von "Bassattacken". Wenn mein Kondensator aber dann vollgeladen ist, "macht er nicht mehr". Es ist also doch nicht so einfach, wie ich mir das gewünscht hätte. Oder?
Dunkel ist deiner Rede Sinn.
Zitat:
Könnt ihr mir weiterhelfen, wie ich das auf Schaltungsebene realisieren kann?
Ich hab das doch beschrieben, aber hier mal aufgemalt:
Anhang 33124
Ich versuche auch mal eine Beschreibung der Abläufe, die Werte sind ausgedacht.
Der Verbraucher braucht typisch 1A, Spitzen können aber 10A sein, das Netzteil kann bis 2A liefern und begrenzt den Strom auf diesen Wert (wenn nicht, würde es einfach abbrennen oder die Sicherung des Netzteils kommt). Nach dem Einschalten lädt das Netzteil den Kondensator auf, das dauert etwas. Der Verbraucher sollte da nicht wirklich aktiv sein, sonst dauerts länger. Wenn jetzt der Verbraucher 1A zieht, liefert das das Netzteil den Strom. Man könnte aber auch sagen, der Kondensator liefert den und wird gleichzeitig mit 1A aufgeladen. Kommt auf das gleiche heraus. 1A rein, 1A raus macht in Summe 0, die Ladung auf dem Kondensator ändert sich nicht.
Steigt jetzt der Strom liefert das Netzteil bis 2A. Steigt der Strom weiter, muß der Kondensator liefern im Beispiel die fehlenden 8A. Dabei sinkt seine Spannung, das kann man mit den gängigen Formeln für die Kondensatorladung berechnen. Sinkt der Strom dann wieder auf 1A, liefert das Netzteil 2A, eins für den Verbraucher, das andere lädt den Kondensator auf bis er wieder die Netzteilspannung erreicht hat. Dann muß das Netzteil nur noch 1A liefern.
Wie tief die Spannung in der Hochstromphase sinken darf, hängt vom Verbraucher ab. Aus diesem Wert und der Dauer der Hochstromphase kann ein Mindestwert für die Kapazität des Kondensators bestimmt werden.
Thats's it
MfG Klebwax
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Zitat:
Zitat von
KondensatorKeule
Meine Maschine läuft einwandfrei in ihrer jetzigen Konstellation und das Netzteil ist noch lange nicht ausgelastet.
Dann liefert immer das Netzteil. Wenn der Kondensator etwas liefert, sinkt seine Spannung. Das gleicht das Netzteil aber sofort aus, der Kondensator ist wirkungslos. Der Strom aus dem Netzteil muß schon begrenzt sein. Und alles was du dazu baust, um möglicherweise etwas zu schalten wird zusätzliche Verluste erzeugen. Dann stimmt die ganze Sache nicht mehr.
Zitat:
Ich will vielmehr den Kondensator aufladen zu Zeiten, in denen die Maschine wenig verbraucht und ihn entladen und als Strom- und Energiequelle nutzen bei einer Leistungsspitze, damit der Verbrauch geglättet wird. Nicht, weil es technisch notwendig wäre, sondern damit ich zu Anschauungszwecken den geglätteten Lastgang dem ungeglätteten gegenüberstellen kann.
Der Sinn erschließt sich mir nicht wirklich. Wenn deine Maschine im typischen Betrieb (ausgedachte Zahl) 1Wh verbraucht, dann tut sie das geglättet oder ungeglättet. Rechne aus dem Verbrauch einfach den Strom aus, dann ist das der mittlere Strom. Da braucht man nichts zu bauen.
Anhang 33125
Diese Messgerät z.B. kann dir die Wh anzeigen.
Zitat:
Zitat von
Manf
Bei der anderen Lösung, wie von mir beschrieben, befindet sich der Kondensator vor dem Netzteil und der Verbraucher erhält damit eine konstante Spannung.
Dann muß aber alles auf den Spitzenstrom ausgelegt sein, bei meinem Rechenbeispiel für 10A statt für 2A. Das macht schon einen Unterschied in Größe und Preis. Bei meinem Torantrieb mit Akku statt Supercap zieht der Motor 10A oder auch mal mehr, wenn es kalt und das Fett in den Lagern steif ist. Der normale Verbrauch sind einige zehn Milliampere für den µC. Das Netzteil dazu liefert ein gutes Ampere für die Ladeschaltung. Das müsste um ein vielfaches größer sein, wenn es den Spitzenstrom liefern sollte.
Auch der Wirkungsgrad dürfte schlechter sein. Ein 10A Netzteil, das die meisste Zeit mit 10% Leistung arbeitet (mein Rechenbeispiel), ist schlechter als ein 2A Netzteil mit 50% Auslastung.
MfG Klebwax
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Salvete!
Tausend Dank für all eure Antworten bisher, auch wenn ich nicht mehr geantwortet habe, habt ihr mich auf jeden Fall ein erhebliches Stück weitergebracht. Ich befinde mich in einem Gleichstromkreis, das hatte ich vielleicht nicht deutlich genug hervorgehoben :)
Ich habe jetzt ein Superkondensator-Modul (mehrere Einzelzellen in Reihe, um U zu erhöhen) erworben, dass 24V Spannungsfestigkeit hat. Das Teil hat ungefähr einen Innenwiderstand von R_ers=2 Ohm, woraus sich ein Einschaltstrom von I_0=12A für die ersten Momente ergibt. Problem: Mein Netzteil liefert nur maximal 4,5A.
@Klebwax, deine aufgezeichnete Lösung: Anhang 33243 ist an sich super, mein Problem ist aber, dass ich mich nur parallel an den bestehenden Stromkreis ranschalten kann und keine Strombegrenzung in Reihe zur Last schalten kann. Und ein Halbleiterbauteil in den Parallelstrang meines Caps zu bauen, macht ja auch wenig Sinn, da er schließlich auch Leistung ausspeisen soll.
Fällt euch ein Bauteil oder eine Schaltung, mit dem/der ich den Anfangsstrom begrenzen kann und das danach den Normalbetrieb nicht weiter beeinflusst, den nötigen Widerstand also selbstständig wegschaltet?
Anhang 33244
Liebe Grüße!
