MFD-Kondensatoren erklärt: Funktion, Vorteile und Auswahl-Tipps

MFD-Kondensatoren gehören zu den unverzichtbaren elektrischen Bauteilen in Leiterplatten-Netzwerken (PCB). Sie funktionieren, indem sie Energie in ihren elektrischen Feldern speichern. Aufgrund ihrer Bauweise kann jedoch auch nach dem Trennen der Stromversorgung noch Strom fließen. Daher verhindert ein MFD-Kondensator, dass Ihre Schaltung unter den Auswirkungen von Spannungsschwankungen leidet.

Generell stellt die Suche nach der perfekten Kondensatorgröße für eine PCB immer eine Herausforderung dar. Auch die Berechnung des idealen Werts für Ihren MFD-Kondensator kann sich als recht problematisch erweisen. Dieser Artikel hilft Ihnen, die Umrechnungsformeln und andere Faktoren zu verstehen, die letztlich die Größe des MFD-Kondensators bestimmen.

1. Was bedeuten die Kennwerte auf einem Kondensator?

Glücklicherweise haben fast alle Kondensatoren ein Etikett, das ihre Kennwerte anzeigt. Sie finden zwei Werte, die die Grenzwerte und die Kapazität in Bezug auf Spannung und Kapazität spezifizieren. „V“ steht häufig für die Spannung in Volt und setzt eine Grenze für den Spannungsbereich, in dem ein Kondensator normal funktioniert.

Man kann sich die Spannung als die Stärke des durch Ihren MFD-Kondensator fließenden Stroms vorstellen. Ebenso lässt sich Spannung mit dem Wasserdruck in einem Rohr vergleichen. Die Wassermenge stellt in diesem Szenario den Strom dar. Erhöht sich der Druck, nimmt auch der Durchfluss außerhalb der Leitung zu.

Bei einem Kondensator bedeutet eine höhere Spannungsbewertung, dass der Strom infolgedessen viel schneller fließt. Wird jedoch die Spannungsgrenze überschritten, platzt der Kondensator und zersetzt sich. Der zweite Kennwert wird in Mikrofarad (MFD) angegeben. Dieser Parameter stellt üblicherweise die Kapazität dar. Mit anderen Worten: Es ist ein Wert, der anzeigt, wie viel Speicherkapazität der Kondensator besitzt. Je höher der Mikrofarad-Wert, desto mehr elektrische Energie kann der Kondensator speichern. Generell liegen Kondensator-Kennwerte oft zwischen 5 MFD und 80 MFD. Dennoch finden Sie auch Kondensatoren, die diesen Wert als µF angeben, um ihre Kapazität darzustellen.

2. Die grundlegenden Kondensator-Typen

MFD-Kondensatoren funktionieren ähnlich wie eine Batterie. Ihre Aufgabe ist es, Energie zu speichern und sie bei Bedarf wieder abzugeben. Kondensatoren tun dies jedoch viel schneller, weshalb sie generell die bessere Option sind. Wenn sie an eine 60-Hz-Quelle angeschlossen sind, geben Kondensatoren ihre Energie 60-mal pro Sekunde ab.

Die gesamte Energie, die sie abgeben können, hängt jedoch von ihrer Kapazität ab. Ebenso verbraucht ein größerer Kondensator mehr Leistung. Es gibt zwei Hauptklassen von Kondensatoren: Lauf- und Anlaufkondensatoren. Der Unterschied liegt in ihrem Kapazitäts-MFD-Bereich.

Sehen wir uns jeden Typ genauer an.

Laufkondensatoren (Run Capacitors)

Laufkondensatoren liegen im Bereich von 3–70 MFD. Folglich betragen ihre Spannungsgrenzen entweder 370 V oder 440 V. Diese Kondensatoren haben auch ein spezielles Design, das ihnen einen Dauerbetrieb ermöglicht. Aus diesem Grund beziehen sie kontinuierlich Strom, weshalb sie eine ausgezeichnete Wahl für Einphasenmotoren sind.

Ein MFD-Kondensator ist in einem solchen Motor entscheidend für das Erregen der Sekundärwicklung. In einem solchen Fall müssen Sie die richtige Kondensatorgröße wählen. Andernfalls entwickelt der Motor ein ungleichmäßiges Magnetfeld.

Die Rotordrehzahlen schwanken dann an den spezifischen Punkten, an denen das Feld unausgeglichen ist. Dies führt zu enormen Energieverlusten zusätzlich zu Leistungseinbußen. Möglicherweise stellen Sie auch fest, dass das Gerät ständig überhitzt, was der Effizienz schadet.

Anlaufkondensatoren (Start Capacitors)

Anlaufkondensatoren haben oft einen höheren Kapazitätsbereich. Dieser übersteigt häufig die 70-MFD-Grenze für Laufkondensatoren. Aus diesem Grund können die Spannungswerte 330 V, 250 V oder 125 V betragen. Einphasenmotoren nutzen Anlaufkondensatoren, um das Anlaufdrehmoment zu verbessern.

Darüber hinaus ist das Design eines Anlauf-MFD-Kondensators auf kurze Einsatzdauer optimiert. Sobald der Motor das erforderliche Drehmoment erreicht hat, trennt sich der Kondensator schließlich vom Stromkreis.

Diese elektronische Trennung resultiert aus Potentialrelais. Diese Relais arbeiten über Spannungsgrenzen. Im Wesentlichen löst ein bestimmter Spannungspegel die Trennung des Anlaufkondensators aus. Daher sind hohe Kondensatorwerte wünschenswerter. Der Grund: Mehr Energie fließt in die Erzeugung eines ausreichenden Anlaufdrehmoments.

3. Gibt es einen Unterschied zwischen MFD und µF?

Die elektrische Ladung, die in einem MFD-Kondensator gespeichert wird, erfolgt über parallele Leiterplatten mit einem Dielektrikum dazwischen. Die Kapazität bezieht sich in diesem Fall auf die Ladungsmenge, die ein Kondensator handhaben kann. Ein Digitalmultimeter ist ein Messgerät, das verschiedene elektrische Parameter, einschließlich der Kapazität, bestimmen soll.

Einige Kondensatoren haben ihre Kapazitätswerte in MFD angegeben, während andere µF dafür verwenden. Die Quintessenz ist: Kondensator-Kennwerte werden immer in Mikrofarad angegeben. Wenn Sie sich fragen, ob MFD und µF dasselbe darstellen, dann haben Sie recht.

In diesem Fall bedeutet der Begriff „MFD“ Mikrofarad, in der Physik üblicher als µF ausgedrückt. Die Verwirrung entsteht, wenn man die Millifarad-Einheiten betrachtet, die auch als mfd stehen könnten. Millifarad sind eine Größenordnung größer als Mikrofarad-Einheiten.

Ältere Kondensatorhersteller stellten Mikrofarad oft als MFD dar, was damals der Standard war. Heute bevorzugen die meisten Hersteller µF zur Darstellung der Kapazität. Es ist daher ziemlich selten, einen in Millifarad bewerteten Kondensator zu finden. Für Konsistenz ist µF nun der akzeptierte Standard für die Darstellung von Kondensator-Kennwerten.

4. Die Kapazitäts-Umrechnungstabelle

Wie bereits erwähnt, sind Kapazitätseinheiten in Mikrofarad angegeben. Es ist jedoch relativ üblich, dass andere Hersteller die MFD-Kondensator-Kennwerte in Nanofarad (nF) und Picofarad (pF) anzeigen. Folglich hat ein 0,1 µF Kondensator einen Wert von 100 nF.

Er könnte auch große Werte in Picofarad haben, die dasselbe darstellen. In einem solchen Fall könnten Ihre Kondensatorspezifikationen in µF vorliegen, die verfügbaren Kondensatoren jedoch in pF oder nF. Die folgende Umrechnungstabelle sollte Ihnen helfen, die Kapazität in den von Ihnen bevorzugten Einheiten zu ermitteln.

µF (Mikrofarad)	nF (Nanofarad)	pF (Pikofarad)
0,001	1,0	1000
0,0015	1,5	1500
0,002	2,0	2000
0,0025	2,5	2500
0,003	3,0	3000
0,0035	3,5	3500
0,004	4,0	4000

Die Umrechnungsformel

Die Umrechnung zwischen µF, nF und pF erfolgt durch Manipulation von Faktoren wie unten gezeigt:

Umrechnung	Multiplikationsfaktor
µF zu nF	1,0 × 10³
µF zu pF	1,0 × 10⁶
nF zu µF	1,0 × 10⁻³
nF zu pF	1,0 × 10³
pF zu µF	1,0 × 10⁻⁶
pF zu nF	1,0 × 10⁻³

5. Kapazität mit einem Digitalmultimeter messen

Die in einem MFD-Kondensator gespeicherte elektrische Ladung erfolgt über parallele Leiterplatten mit einem Dielektrikum dazwischen. Die Kapazität bezieht sich auf die Ladungsmenge, die ein Kondensator handhaben kann. Ein Digitalmultimeter ist ein Messgerät, das verschiedene elektrische Parameter, einschließlich der Kapazität, bestimmen soll.

Um die Kapazität zu messen, müssen Sie am DMM auf MFD umschalten. Zudem bedeutet das Testen, dass Sie den Kondensator zunächst entladen müssen, da er noch elektrische Energie gespeichert haben könnte.

Zum Entladen schließen Sie einen Widerstand oder einen dicken Kupferdraht zwischen die beiden Anschlüsse des Kondensators an und warten eine Weile. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass die gesamte Energie zu Ihrer Sicherheit dissipiert. Befolgen Sie die folgenden Schritte bei der Kapazitätsmessung mit einem DMM:

1. Isolieren Sie den dicken Kupferdraht durch Umwickeln mit Klebeband: So kann der Strom nicht fließen oder Schaden anrichten.
2. Trennen Sie die Stromquelle vom MFD-Kondensator.
3. Nehmen Sie den isolierten Kupferdraht und verbinden Sie die Kondensatoranschlüsse über das freie Ende. Warten Sie etwa 30 Sekunden, bis der Kondensator entladen ist. Falls der Draht allmählich heiß wird, trennen Sie ihn und geben Sie ihm Zeit, abzukühlen. Führen Sie den Entladevorgang weitere 30 Sekunden durch, bis Sie sicher sind, dass der Kondensator keine Ladung mehr hat.
4. Nehmen Sie das Multimeter und stellen Sie es auf MFD für Kapazität ein. Drücken Sie die DMM-Sonden gegen die Kondensatoranschlüsse, um eine Messung zu erhalten.
5. Vergleichen Sie den auf dem DMM-Bildschirm angezeigten Messwert mit dem auf Ihrem MFD-Kondensator aufgedruckten Wert.

Die MFD-Berechnungsformel

Sie können die folgende Formel verwenden, um den MFD-Wert Ihres Kondensators genau zu bestimmen:

(159.300 ÷ Hz) × (Volt ÷ Ampere) = MFD

Diese Formel vereinfacht sich zu einer einzelnen Zahl, wenn sich der Hz-Parameter nicht ändert.

6. Die richtige MFD-Kondensatorgröße wählen

Die Wahl der richtigen Kondensatorgröße hängt überwiegend davon ab, wo Sie ihn einsetzen möchten. Ebenso ist es entscheidend, die richtige Größe des MFD-Kondensators zu erhalten, insbesondere wenn Sie ihn zum Betrieb eines Motors verwenden. Motoren finden sich häufig in Kälteanlagen und Klimaanlagen. Der Kondensator bestimmt letztlich, ob ein Motor startet oder nicht.

Zu den Schlüsselfaktoren, die die Kondensatorgröße bestimmen, gehören die Spannung und die Anlaufanforderungen eines Motors. Vor allem, wenn Sie mehr Anlaufdrehmoment an Ihrem Motor wünschen, hilft es, die MFD-Kondensatorbewertung anzupassen.

Der beste Weg wäre, den Kondensator durch einen mit höherer Bewertung zu ersetzen. Allerdings müssen Sie Faktoren berücksichtigen, um eine vernünftige Energieeffizienz sicherzustellen. Sie müssen auch Temperatur, Nennmotordrehzahl und Leistungsgrenzen einbeziehen.

Bei Kondensatoren gibt es immer etwas Spielraum bei der Einstellung des richtigen MFD-Werts. Ein Toleranzniveau von ±6 % ist ideal für einen Kondensator-Laufmotor. Das bedeutet, ein 50 MFD Kondensator kann zwischen 47,6 µF und 52,4 µF liegen und trotzdem seinen Zweck erfüllen. Alles unterhalb dieser Bewertung ist für die Funktionalität nicht ideal.

7. Leistungsfaktorverbesserung mit der KVAR-Formel

Ein MFD-Kondensator kann auch dazu dienen, den Leistungsfaktor für eine bessere Energieeffizienz zu verbessern. Er kann dies erreichen, weil der Strom durch den Kondensator der Versorgungsspannung immer vorauseilt. Zusätzlich können Sie den erforderlichen MFD-Kondensatorwert für diese Übung durch die folgende Formel ermitteln:

Kapazität = KVAR / {2 π f V²}

Zusammenfassung

Es ist nun klar, dass MFD-Kondensatoren bei der Fertigung elektronischer Produkte unverzichtbar sind. Insbesondere spielen diese Komponenten eine entscheidende Rolle für die Funktion von PCBs. Ein gutes Verständnis davon hilft Ihnen, diese essenziellen Bauteile richtig einzusetzen.

Hier bei WellPCB sind wir stolz darauf, Wissen zu erwerben und die verschiedenen Herausforderungen elektronischer Produkte zu verstehen. Zögern Sie nicht, uns jederzeit zu kontaktieren, während wir weiterhin weitere elektronische Probleme angehen und lösen. Wir werden mehr Wissen gemeinsam besprechen, um Ihnen zu helfen, elektronische Produkte von besserer Qualität herzustellen.