Condensator

Uit 3rail Wiki
Ga naar: navigatie, zoeken
Condensatoren
In Bewerking !
VT601


Algemeen

Een condensator is een component die elektrische lading en elektrische energie opslaat. Hiermee kan de condensator gebruikt worden als kleine accu / batterij om tijdelijk energrie op te slaan. Een condensator is opgebouwd uit twee geleiders met een relatief grote oppervlakte, die zich dicht bij elkaar bevinden en gescheiden zijn door een niet-geleidend materiaal of isolerende tussenstof (dïelektricum).

De condensator kent verschillende verschijningsvormen, waarbij ook de technische functie verschilt.

Eigenschappen

Symbool Condensator

Een condensator kan gebruikt worden als een accu. Eerst moet hij opgeladen worden, bv. door hem aan een gelijkspanningsbron te koppelen. Daarna kan je hem ontladen, bv over een led.

Opgelet: Condensatoren laten geen gelijkstroom door, maar wisselstroom wel. Een condensator die is aangesloten op wisselstroom, gedraagt zich als een wisselstroomweerstand. Hoe lager de capaciteit, hoe hoger de weerstandswaarde. Let op dat alleen bipolaire condensators mogen worden aangesloten op wisselstroom!

Grootheden en eenheden

De capaciteit van een condensator wordt berekend met de formule: C = Q / U

Hierbij is C de capaciteit in Farad (F), Q de lading in Coulomb (C) en U de spanning in Volt (V) zie ook: elektrische grootheden.

Voor de toepassing binnen de modelspoorwereld zijn de waarden voor capaciteit en spanning het belangrijkst. De waarde voor de lading is je nodig wanneer binnen schakelingen gerekend moet worden.

Wanneer binnen een schakeling een bepaald type niet leverbaar is, bestel dan de eerstvolgend hogere waarde.

Verschillende typen condensatoren

Gepolariseerde (elektrolytische) condensator (Elco)

Dit is voor modelbouwers het meest gebruikte condensator type. Elco's hebben capaciteiten die variëren tussen 1µF en enkele Farad, de maximum 1) (zie voetnoot) Een elco is gepolariseerd, d.w.z. dat hij een plus- en minpool heeft. Verkeerd aansluiten of gebruik met wisselspanning verkort de levensduur aanzienlijk, of kan de elco zelfs verwoesten. Een kapotte elco kan je herkennen als hij ontploft is (verkeerd aangesloten), of aan de bovenkant lekt (einde levensduur). De Elco's bestaan in lineare vorm (twee draden, aan elke zijde één) en in staande vorm (beide draden aan één zijde). Op de Elco staan de capaciteitswaarde en het maximum voltage.

Bijzondere Elco's zijn zg. Goldcaps, met heel hoge capaciteit. Dit type wordt steeds interessanter voor de modelbouwer, ook omdat ze kleiner zijn dan gewone elco's en betaalbaar worden.

Ongepolariseerde Condensator

Deze condensatoren hebben geen plus- of minpool. Het maakt dus niet uit hoe ze worden aangesloten. De capaciteit van deze soort varieert tussen 1pF (picofarad) en 1µF (microfarad). Ongepolariseerde condensatoren hebben soms de vorm van een weerstandje, incl. streepjescode, maar bestaan ook met slechts een opdruk. Sommigen hebben een druppelvorm met twee draadjes. Dit type bestaat ook in SMD-uitvoering.

Overige condensator types

Bovenstaande 2 types zijn door modelspoorders veel toegepaste condensatoren . Er bestaan meerdere soorten condensatoren waarover wat meer informatie is terug te vinden in de verwijzingen onder „externe links” (verder in dit artikel).

Rekenen met Condensatoren

Werking van de codensator in een schakeling

De condensator moet om zijn capaciteit te kunnen benutten opgeladen worden. Dit kan door hem op te nemen in een zg. RC-schakeling. Hierbij bepaalt de waarde van de weerstand (de R in de schakeling) de snelheid waarmee geladen worden. Omgekeerd wordt ook een weerstand gebruikt om de lading gecontroleerd te laten afvloeien uit de condensator.

  • TEKENING RC-schakeling toevoegen*

De RC tijdsconstante

De RC tijdsconstante is de tijd die een condensator nodig heeft om tot 2/3 opgeladen te worden. Deze tijd wordt bepaald door de volgende formule: t=R*C Een condensator met een capaciteit van 1F, in serie met een weerstand van 1Ω, heeft 1s nodig om tot 2/3 opgeladen te worden. Stel dat we een opgeladen condensator van 100µF ontladen over een led met voorschakelweerstand van 330Ω, dan zal dit 0.0330 seconden duren (330 * 0.0000001F) Bij het laden van een condensator over een weerstand stijgt de spanning niet lineair. naarmate de condensator verder opgeladen wordt, laadt hij langzamer. Omgekeerd geldt dit ook. Een opgeslagen lading blijft slechts een korte tijd stabiel, daarna zal de spanning zakken vanwege „lek” in de condensator.

Handig om te weten

Vervangingscapaciteit

Binnen een uitgewerkte schakeling kun je soms de aangegeven condensator niet beschikbaar hebben. Je kunt dan gebruik maken van de vervangingscapaciteit van de condensator.

  • Twee condensatoren parallel geschakeld levert de som van beide capaciteiten. (Gebruik bij voorkeur wel steeds dezelfde typen/waarden)

In formulevorm: C1 + C2 + C3 + enz = Ctotaal

  • Twee condensatoreen in serie geschakeld levert de som van beide voltages. Zo kun je twee "te lage" volt-waarden toch naar het vereiste niveau brengen.

In formulevorm: U1 + U2 + U3 + ... = Utotaal

  • tekening Parallel en tekening Serie toevoegen *

Toepassingen

Binnen de modelspoorbouw kennen we de volgende toepassingen:

Afvlakking

Een condensator wordt veel toegepast na een bruggelijkrichter. Een gelijkgerichte spanning is niet constant, maar pulseert. Elke keer dat de spanning verminderd, zal de condensator dit aanvullen, zodat de uitgangsspanning nagenoeg constant blijft. De capaciteit van de condensator bepaalt hoe lang de spanning mag wegvallen zonder dat de aangesloten schakeling hier last van ondervindt. De uitgangsspanning wordt dus 'afgevlakt' en er ontstaat een gelijkspanning, die bijna constant is. Een condensator in een dergelijke schakeling noemen we een „afvlak condensator”. Het is meestal een Elco, omdat hiervoor een vrij hoge capaciteit nodig is om effectief te zijn. Een voorbeeld van een dergelijke schakeling staat in van AC naar DC (gelijkstroomvoeding)

Knipperschakeling

Een tweede toepassing maakt gebruik de RC tijdsconstante. Hiervoor zet men een weerstand in serie met de condensator. De tijd die het duurt voordat de condensator 2/3 vol is zoals eerder besproken R*C. Achter de condensator wordt dan een electronische schakeling gezet, die reageert als de condensator vol is. Zo kan men bijvoorbeeld een LED laten branden en tegelijk de condensator weer ontladen. Als de condensator 2/3 leeg is, gaat de LED weer uit, waarna het proces opnieuw begint. Zo werkt eenvoudig gezegd een knipperlicht.(Zie ook knipperlichtschakeling met een NE555).

Pulsverlenging

De condensator wordt opgeladen als bijv. een railcontact even gesloten wordt. De condensator blijft geladen, ook wanneer het railcontact al weer open is. Op deze manier kan een zeer korte puls toch lang genoeg zichtbaar zijn voor een schakeling die de puls moet verwerken.

Scheiding tussen hoog en laagfrequente stroom

Bij analoge banen wordt wel HF-constante treinverlichting toegepast. De wisselstroom op een Märklinbaan is 50Hz. Maakt men een wisselstroom van bijvoorbeeld 20.000 Hz, dan kunnen de treinen daar niet op rijden, maar de verlichting brandt dan wel. Deze twee bronnen kunnen beide tegelijk op de baan worden aangesloten. Om te voorkomen dat de verlichting de 50Hz rijstroom verbruikt, wordt een bipolaire condensator aangesloten in serie met de verlichting. De condensator houdt de 50Hz stroom tegen, maar laat de 20.000Hz stroom door.

Buffer functie

Een belangrijke toepassing in modeltreinen is wel de bufferfunctie van de condensator om het knipperen van de treinverlichting tegen te gaan. De condensator slaat hierbij energie op zolang het rijtuig stroom krijgt. Is het contact met de rails iets minder, dan laat de condensator de verlichting nog een seconde of soms nog langer branden. Ook hier geldt dat de railspanning eerst gelijkgericht moet worden, voordat de stroom naar de condensator mag vloeien. De tijd dat de verlichting blijft branden kan berekend worden met de RC formule.

Deze functie wordt ook aangeboden voor het overbruggen van stroomloze secties voor o.a. lokdecoders. Zie bijv. ESU #####

Capacitive Discharge Unit (CDU)

Een CDU is een schakeling die je kunt gebruiken voor het schakelen van wissels, zonder dat dat de andere verbruikers op de baan beïnvloedt. De CDU maakt gebruik van de Bufferfunctie van de condensator en de RC constante. Dus de condensator wordt met kleine stroom langzaam opgeladen, als de wissel schakelen moet, wordt de condensator met grote stroom snel ontladen. zie ook de beschrijving in wissels schakelen met CDU.

    • AFBEELDING TOEVOEGEN **

Verwijzingen

Interne

Externe