Ich schaffe es irgendwie nicht ganz zu verstehen wie eine Spule den nun
funktioniert:
Spannungsquelle an:
Strom steigt langsam an wegen Gegeninduktion (Lentzsche Regel) es bildet
sich ein Magnetfeld. Spannung fällt.
Spannungsquelle aus:
Das Magnetfeld wirkt der Änderung, in dem Fall das keine Spannung mehr
anliegt entgegen und somit fällt der Strom allmählich ab.
-Negative Spannung die gegen 0 abfällt.
Soweit habe ich das, nur verstehe ich immer noch nicht wieso es zur
negativen Spannung kommt und was man sich darunter vorstellen soll? Also
irgendwie ist negative Spannung in Schaltungen für mich nicht greifbar!
Danke
Negative Spannung bedeutet einfach nur, dass die Annahme, wo Plus und
Minus sind, verkehrt herum ist.
Ist genau wie mit Höhe/Tiefe: Statt 50cm nach unten kann man auch -50cm
nach oben sagen.
Der Vorteil ist, dass man mathematisch einfach den Richtungwechsel durch
das Vorzeichen beschreiben kann, und vor allem bei sich ändernden
Situationen nicht immer neu sagen muss, wo Plus und wo Minus bei der
Spannungsbestimmung sein soll.
Bum schrieb:> Spannungsquelle an:> Strom steigt langsam an wegen Gegeninduktion (Lentzsche Regel) es bildet> sich ein Magnetfeld. Spannung fällt.
Nix Spannung fällt, es ist ja eine Spannungsquelle.
> Spannungsquelle aus:> Das Magnetfeld wirkt der Änderung, in dem Fall das keine Spannung mehr> anliegt entgegen und somit fällt der Strom allmählich ab.
Nein, die Spule wehrt sich gegen die Stromänderung.
Merke:
Kondensator wehrt sich gegen Spannungsänderung, man muss Strom fließen
lassen damit sie sich ändert.
Spule wehrt sich gegen Stromänderung, man muss Spannung anlegen damit er
sich ändert.
Bum schrieb:> Also> irgendwie ist negative Spannung in Schaltungen für mich nicht> greifbar!
Eine elektrische Spannung ist keine Absolutgröße sondern eine
Differenzgröße. Die Differenz aus zwei Potentialen (Absolutgrößen). In
Abhängigkeit des Bezugspotentials kann nun die Spannung positiv oder
negativ sein.
@Bum
Du denkst zu kompliziert mit Magnetfeldern herum.
1. Spule
Der Strom durch eine Spule kann nicht springen.
Das bedeutet, dass nach dem Umschalten im ersten Moment exakt der
gleiche Strom in der gleichen Richtung weiterfließt. Jetzt brauchst du
nur noch das Ohmsche Gesetz U=I*R um die neue Spannung für diesen
Zeitpunkt t0+ auszurechnen.
2. Kondensator
Die Spannung an einem Kondensator kann nicht springen.
Das bedeutet, dass nach dem Umschalten exakt die gleiche Spannung U0 im
ersten Moment am Kondensator anliegt. Jetzt brauchst du nur noch das
Ohmsche Gesetz um den Lade/Entlade-Strom für diesen Zeitpunkt t0+
auszurechnen.
So wie ein Kondensator nach dem Laden mit einem Strom die Spannung
aufrecht erhält, so versucht eine Spule den Strom nach dem Laden mit
einer Spannung aufrecht zu erhalten.
In der Praxis gelingt diese Aufgabe dem Kondensator ausdauernder...
Trotzdem hilft es, wenn man sich merkt, dass ein Strom durch eine Spule
nach dem Abschalten erst mal weiterfließt und sich irgendeinen Weg
sucht. Im schlimmsten Fall ist das dann irgendein hoher
Übergangswiderstand, der zusammen mit dem Strom dann eine hohe Spannung
ergibt -> Funke...
Ich würde es etwas umsortieren.
Spannung an, Strom steigt. Spannungs- und Strompfeil haben die selbe
Richtung. Multipliziert ergibt es eine positive Leistung. Energie wird
in der Spule gespeichert. Soweit, so gut.
Externe Spannung wird weggenommen. Die Stromrichtung bleibt, auch wenn
die Stärke abnimmt. Die Spule gibt ihre Energie ab, negative Leistung.
Folglich muß bei U*I=P die Spannung negativ sein.
Gedankenexperiment:
Spannungsquelle nach dem Laden der Spule wegnehmen und durch einen
Lastwiderstand ersetzen. Wir haben also einen Kreis aus Spule und
Widerstand. Der Strom fließt weiter. Man erinnert sich an den
Spannungsabfall über dem Widerstand. In Stromflußrichtung bedeutet das:
Am Eingang des Widerstandes ist die Spanung positiv im Vergleich zum
negativen Ausgang. Aufmalen. Wie herum ist dann die Polung aus Sicht der
Spule? Hier könnte man den Spannugsverlauf sogar messen wenn man schnell
genug ist (Oszilloskop).
Zurück zum Ladevorgang
Hier kann man es nicht so direkt messen, da eine externe Spannungsquelle
anliegt und man nur die Wirkung (gebremster Stromanstieg anstatt
augenblicklich auf den vollen Maximalstrom, begrenzt durch den ohmschen
Widerstand der Spule zu gehen) beobachten kann und dies dann mit einem
mathematischen Modell berechnet. Es ändert sich nicht die tatsächlich
anliegende Spannung. Man sieht aber, daß der Strom von 0 über gering bis
maximal zunächst stark ansteigt und dann langsamer ansteigt. Diese
Änderung und nicht die Stromstärke ist proportional zur Induzierten
Spannung. Bei der Modellierung muß an unterscheiden zwischen idealer
Spule und realer Spule.
Bei der idealen Spule würde der Strom ins unendliche Steigen, bei der
realen Spule wird der Strom durch den ohmschen Widerstand der Wicklung
und dem Innenwiderstand der realen Stromquele begrenzt. Am Ende der
Aufladung gibt es also (fast) keine Induktinsspannung mehr. "Fast", da
der Vorgang theoretisch nie wirklich endet, sondern sich nur immer
langsamer immer weiter dem Maximum nähert.
Ich hoffe das hilft zur Veranschaulichung der Vorgänge beim Einlesen.
Dies soll keine vollständige Beschreibung der Spulenthematik sein. Das
würde den Rahmen sprengen und ist auch ohnehin schon vielfach
beschrieben. Man muß das Rad nicht immer neu erfinden. Wenn dann weitere
Fragen zum Verständnis aufkommen, kannst Du dich gerne wieder melden.
Carsten R. schrieb:> Externe Spannung wird weggenommen. Die Stromrichtung bleibt, auch wenn> die stärke abnimmt. Die Spule gibt ihre Energie ab, negative Leistung.> Folglich muß bei U*I=P die Spannung negativ sein.
Ich würde hier einfach auch mal an den Kondensator verweisen: dort kehrt
sich beim Entladen die Stromrichtung um.
Analog dazu kehrt sich bei der Spule beim Entladen die Spannung um...
Das ist ein guter Vergleich um es sich zu merken. Ich wollte aber die
Einleitung zum Gedankenexpriment so kurz wie möglich halten und nicht
mit den Kondensatoren womöglich ablenken. Mir ging es darum den
Mechanismus zu verdeutlichen anstatt sich die "Das-Ist-So"-Eigenschaft
nur per Analogie/Eselsbrücke zu merken ohne den Mechanismus zu sehen.
Die Frage war ja: "Warum polt es sich um?/Wie kommt es dazu?" und nicht:
"Wie merke ich es mir?".
Hallo,
ein Bild sagt manchmal mehr als 1000 Worte.
Mit der angehängten Zeichnung hab ich mir das in der Lehrzeit
verständlich gemacht. Manchmal gut, wenn man nichts vegwerfen kann.
Nach dem Abschalten bleibt der die Stromrichtung innerhalb! der Spule
gleich. Da sie aber zur Stromquelle wird, dreht sich die polarität in
der Schaltung von Aussen gesehen, in der Zeichnung aus dem Blickwinkel
der Freilaufdiode, um.
Sorry für die schlechte Qualität, ich hoffe es hilft dennoch weiter.
Gruß
N8
LOL.
Welche drei Fragen?
Das erinnert mich an ein Filzitat.
"Er weiß nicht wie man die drei Muscheln benutzt. (kicher)"
Da hat dieser Thread aber eine ganz andere Qualiät.
VIELEN DANK an alle ihr habt mir sehr weiter geholfen! Vor allem vielen
dank an Carsten R für die sehr ausführliche und vor allem einleuchtende
Erklärung! Dank natürlich auch an n8Schicht für das Bild und an den
Moderator für die Erklärung und an alle anderen auch nochmals vielen
Dank!
Eine Frage habe ich aber noch, was passiert wenn man die Spannungsquelle
raus nimmt die die Spule "aufgeladen" hat und das vom Potential negative
Ende in der Luft hängt? Die Spule kann dann kein Strom liefern wie
verhält sich das ganze dann?
Danke Gruß
Bam schrieb:> Die Spule kann dann kein Strom liefern wie verhält sich das ganze dann?
Es bleibt dabei:
Wenn du es schaffst, die Spule schlagartig herauszunehmen und auf deinen
Tisch zu legen, dann wird der Strom weiter fließen (das ist seine Art)
und am hohen Isolationswiderstand eine so hohe Spannung erzeugen, bis
ein Funke überschlägt.
Im realen Leben sind bis dahin dann ein paar Nanosekunden vergangen. Wie
gesagt: es ist einfacher, einen geladenen Kondensator auf den Tisch zu
legen... ;-)
Danke für die Antwort!
Nur um es nochmal zu verdeutlichen also die Quelle wurde nun
"schlagartig" entfernt und der Aufbau sieht oben folgendermaßen aus.
Heißt das die Spule würde nun links wo sie in der Luft hängt einen
Funken zu GND erzeugen?
Die Frage wurde genau an dieser Stelle auch schon einmal diskutiert und
es ist erstaunlich, wie viel Meinung es dazu gibt:
Beitrag "Re: Eine Frage, die 90% aller E-Techniker nicht oder falsch beantwortet"
Die Sache wird sich aber in den meisten Fällen folgendermaßen verhalten:
Wenn der Schalter geöffnet wird, kann theoretisch kein Strom mehr
fließen und die Spannung würde unendlich hoch, bzw. das System lässt
sich nicht mehr lösen.
Was passiert aber praktisch: Die Spannung steigt so stark an, bis irgend
etwas "durchslägt". Die Luft schlägt bei ca. 1kV/mm durch. Es wird also
einen kleine Funken geben, über den der Strom wieder fließen kann.
Das lässt sich praktisch einfach ausprobieren: Nimm einen Transformator,
eine Batterie und zwei Krockodilklemenn. Beim wiederholten Kontaktieren
entsehen kleine Funken.
Also im wahrem Leben springt der Funke schon beim trennen über, kann man
wunderbar mit einer Spule un einer Spannungsquelle testen. Ist das
Trennglied ein Transistor, wird die hohe Spannung den Transistor
grillen.
Außerdem hat die Spule noch eine Wicklungskapazität die auch noch
aufgeladen wird.
Ludger
Christoph schrieb:> Wenn der Schalter geöffnet wird, kann theoretisch kein Strom mehr> fließen und die Spannung würde unendlich hoch, bzw. das System lässt> sich nicht mehr lösen.>> Was passiert aber praktisch: Die Spannung steigt so stark an, bis irgend> etwas "durchslägt". Die Luft schlägt bei ca. 1kV/mm durch. Es wird also> einen kleine Funken geben, über den der Strom wieder fließen kann.
OK,
Spannung ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Energie
nötig ist, um eine elektrische Ladung innerhalb eines elektrischen
Feldes zu bewegen (wiki)
Das würde dann heißen das es mit dem anwachsen der Spannung immer mehr
Energie benötigt werden würde. Nachdem er dann durchschlagt woher kommt
dann die gesamte benötigte Energie, aus dem kleinen Magnetfeld? Also
egal wie groß der Widerstand wird, das Magnetfeld wird die Energie dafür
liefern? :( ?
Danke
Bam schrieb:> Spannung ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Energie> nötig ist, um eine elektrische Ladung innerhalb eines elektrischen> Feldes zu bewegen (wiki)>> Das würde dann heißen das es mit dem anwachsen der Spannung immer mehr> Energie benötigt werden würde.
Den Energiesatz kann auch die etwas hinterhältige Formulierung im Wiki
nicht überwinden. Die Energie, die du aus der Spule ziehen kannst,
bleibt unabhängig von der Spannung gleich. Aber nicht die Entladezeit,
die ist bei hoher Induktionsspannung kürzer.
>dT sagen wir 1MW umsetzen?
dT hat die Einheit Zeit
1MW ist die Leistung
Leistung ist etwas anderes als Zeit. Die beiden kannst Du also nicht
gleich setzen.
Du kannst es aber auf folgende Weise versuchen:
Nehmen wir an, durch die Spule fließt zum Zeitpunkt des Ausschaltens 1A
und der Lichtbogen ist 1mm lang. Damit ergibt sich bei 1kV/mm eine
Spannung von 1000V über dem Lichtbogen.
Die Leistung ist damit 1A*1000V=1000W
Über die Gleichungen oben kannst Du jetzt die Zeitdauer des Lichtbogens
ausrechnen.
Bam schrieb:> Vielen Dank!>> Heißt es die Spule könnte für dT sagen wir 1MW umsetzen?
Ja, völlig richtig. Die Einheiten stimmen auch. Leistung pro Zeit
entspricht der gespeicherten Arbeit/Energie. Für einen sehr kurzen
Zeitraum kann sie es. Das belastet die Spule jedoch sehr und kann sie
auch zerstören. Die Verluste können den Kern überhitzen. Die rapiden
magnetischen Feldwechsel belasten den Kern, bzw. die gesamte Spule aber
auch mechanisch. Darum singen/piepen/zirpen einige Netzteile /
Spannungswandler.
Die Energie welche in der Spule gespeichert ist berechnet man über 1/2 L
I². Mit einer entsprechend hohen Spannung kann man diese Energie
abzüglich der Verluste sehr schnell ein- und ausspeichern. Diese kann
man entweder selber geregelt anlegen oder sie ergibt sich aus den
jeweiligen Rahmenbedingungen. Die Verlusterechnung ist allerdings etwas
komplexer.
Beim Abrufen ergibt sich die Spannung aus der jeweiligen Situation. Ich
lege eine Spannung von x Volt entgegen der Stromrichtung an, ich
schließe den Stromkreis mit einer ohmschen Last (Widerstand) und die
Spannung ergibt sich über U=R*I oder noch genauer: Die Spannung ergibt
sich über die Impedanz.
Dadurch steigt die Spannung auch sehr stark an, wenn man hochohmig wird.
Das betrifft auch deine Frage, wenn man den Stromkreis augenblicklich zu
trennen versucht.
Die Spannung würde idealisiert theoretisch ins unendliche steigen. Aber
irgendwann wird die Isolierung durchschlagen. Der Strom findet seinen
Weg durch die Isolierung oder durch die Luft... Weitere parasitäre
Eigenschaften dämpfen den Effekt. Man kann nicht unendlich schnell
umschalten, der angeschlossene Schalter (z.B. Trasistor) und die Leitung
selbst haben auch eine gewisse parasitäre Kapazität, und und und...
Trotzdem steigt die Spannung sehr stark wenn z.B. ein Transistor sperrt.
Das ist ein Problem. Deshalb werden an verschiedenen Stellen
verschiedenartige Snubber eingebaut, welche die Energie teilweise
aufnehmen und so den Spannungsanstieg begrenzen.
>Beim Abrufen ergibt sich die Spannung aus der jeweiligen Situation. Ich>lege eine Spannung von x Volt entgegen der Stromrichtung an, ich>schließe den Stromkreis mit einer ohmschen Last (Widerstand) und die>Spannung ergibt sich über U=R*I oder noch genauer: Die Spannung ergibt>sich über die Impedanz.
Äh, Abrufen ?
Ich finde Deine Ausführungen etwas schwammig.
Es lässt sich einfacher erklären:
Die Spule hält den Stromfluss aufrecht. Die Luft wird bei ca. 1kV/mm
leitfähig. Bei 1/10mm hätten wir 100V.
Damit ergibt sich nach Milchmädchenrechnung* der Luftwiderstand zu
R=U/I.
Bei I=1A wäre das 100V/1A=100 Ohm.
*: Milchmädchnerechnung deshalb, weil der Luftwiderstand sich beim
Durchschlag durch die Ionisation ändert.
>Spannung ergibt sich über U=R*I oder noch genauer: Die Spannung ergibt>sich über die Impedanz.
Das ist falsch. Die Impedanz hat damit nichts zu tun.
marc schrieb:> Das ist falsch. Die Impedanz hat damit nichts zu tun.
Die Spule hält den Strom aufrecht, auch wenn er recht schnell fällt. So
kann zum Zeitpunkt t0 angenmmen werden: I0 ist konstant. Wenn ich nun
mit einem idealen Schalter auf einen Widerstand oder ein LC-Glied
umschalte, steigt die Spannung. In dem einen Fall mit Widerstand ist es
einfach.
Bei einem LC-Glied ist das verhalten nicht rein ohmsch, sondern richtet
sich nach dem augenblicklichen Widerstand des LC-Gliedes zum Zeitpunkt
t0 unter der Berücksichtigung der parasitären Eigenschaften wie die
Kapazität der Leitung und des Schalters etc, was die Ergebnisse
verfälscht.
Das Verhalten eines solchen LC-Gliedes hier als Snubber eingesetzt ist
jedenfalls nicht rein ohmsch. Da pendelt noch etwas Leistung und das
Ding kann schwingen. Auch enn das sehr ins Detail geht. Darum war mein
erstes Gedankenexperiment vereinfachend auch nur mit einen ohmschen
Widerstand, weil man da mit der Impedanz auf das gleiche hinaus kommt,
parasitäre Eigenschaften mal vernachlässigt. Im Detail ist das aber eine
Vereinfachung und man sollte dies für andere Situationen im Kopf
behalten.
Christoph,
für Einsteiger ist Deine Frage gar nicht so einfach.
Wenn man sich ein bißchen mit Differential und Integraltechnik auskennt
wundert man sich, denn man muss u = L * di/dt nur nach I umstellen.
Ein Anfänger kann das nicht.
Und das ist auch nicht schlimm. Die erste Heransgehensweise ohne höhere
Mathematik machen viele Dinge deutlich, um dann im 2. SChritt auch Deine
Aufgabe lösen zu können.
Phänomenologisch helfen auch diese beiden Video in diesem Artikel
weiter:
http://et-tutorials.de/744/warum-man-mit-einer-freilaufdiode-nicht-bremsen-kann/
Hallo Wolfgang,
meiner Erfahrung nach und wie auch der Link auf die 90% Frage für die
E-Techniker zeigt, gehen die meisten Leute grundsätzlich von dem
exponentiellen Einlaufverhalten des Spulenstroms aus.
Das liegt meiner Meinung nach daran, dass in fasst allen Lehrbüchern die
Spule nie direkt, sondern immer über einen Widerstand an die
Spannungsquelle geschaltet wird. ( Vielleicht haben alle Angst vor einem
Kurzschluss )
Mit Vorwiderstand ergibt sich dann die bekannte Grafik. Das Diagramm
prägt sich so in allen Köpfen ein, so dass es sich niemand mehr anders
vorstellen kann.
Heutzutage gibt es aber viele Schaltregleranwendungen, bei denen es um
kleine Serienwiderstände der Spule geht, um die Verluste zu minimieren.
Dort hat man dann die fast lineare Kennlinie und das Einlaufverhalten
kann vernachlässigt werden.
Insofern fände ich es gut, wenn Du in Deinem Video darauf hinweisen
könntest, dass der Spulenstrom nicht in jeder Schaltung das
exponentielle Einlaufverhalten zeigt, damit in Zukunft mehr Leute die
90% Frage richtig beantworten können.
Und das obwohl es wesentlich einfacher ist, eine Spule mit einer
(annähernd) konstanten Spannung zu laden, als einen Kondensator mit
einem konstanten Strom...
Christoph schrieb:> Das liegt meiner Meinung nach daran, dass in fasst allen Lehrbüchern die> Spule nie direkt, sondern immer über einen Widerstand an die> Spannungsquelle geschaltet wird.
Das könnte auch damit zusammenhängen, daß reale Spulen auch immer einen
Widerstand haben. Darum hat man langfristig (Betrachtungszeitraum) immer
eine Kurve anstatt einer Geraden. Betrachtet man aber nur kurze
Ausschnitte, wie einen PWM-Zyklus eines Schaltreglers, so hat man wieder
die Gerade dank des Tunnelblickes. Es ist nur eine Frage des Zomfaktors
auf das Diagramm.
Die "Gerade" ist eher ein Egebnis einer idealisierten Betrachtung einer
Spule oder eines Tunnelblickes und gibt nicht die tatsächliche
Eigenschaft einer Spule wieder. Diese Idealisierung funktioniert also
nur dank der für die Spule relativ hohen Frequenz, so daß immer nur eine
kleine Teilstrecke der Kennlinie durchfahren wird.
Viel schlimmer ist jedoch, das oftmals auch unterstellt wird, daß die
Induktivität einer Spule konstant sei. Sie ist eine stromabhängige
Funktion und somit nicht konstant. In der Regel sinkt sie mit
zunehmendem Strom bis sie dann irgendwann stark einknickt. (Sättigung)
Beide Effekte wirken entgegensgesetzt bezüglich des Stromverlaufes und
kompensieren sich so teilweise. Der Widerstand flacht die Kurve zunehmen
ab und die sinkende Induktivität verstärkt die Steigung. Irgendwann
dominiert der eine oder andere Teil.
Daher kann man die konstante Induktivität und die daraus resultierende
Gerade für den Stromverlauf nur als lokal eingeschränkte
Annäherung/Idealisierung auffassen. Allgemein betrachtet ist dies jedoch
in der Realität falsch. Das sollte man immer im Kopf behalten.
Auch daher ist dieser "90% falsch Thread" völliger Müll. Die 3 Fragen
werden nicht präzise gestellt, sondern nur unterstellt, daß sie
offensichtlich implziert seien. Man kann die Fragen zu Thema auf Basis
des idealisierten Modells stellen oder auf Basis der Realität. Bei
letzterem ist es dann wieder eine Sache wie genau man es mit den Details
nimmt. Das wäre festzulegen.
>Das könnte auch damit zusammenhängen, daß reale Spulen auch immer einen>Widerstand haben. Darum hat man langfristig (Betrachtungszeitraum) immer>eine Kurve anstatt einer Geraden. Betrachtet man aber nur kurze>Ausschnitte, wie einen PWM-Zyklus eines Schaltreglers, so hat man wieder>die Gerade dank des Tunnelblickes. Es ist nur eine Frage des Zomfaktors>auf das Diagramm.
Mit dieser Argumentation kannst Du auch sagen eine Spule hat immer auch
ein Kapazität oder eine Kapazität hat immer eine Spule und eine
Widerstand.
Jedes reale Bauteil hat alles und es hängt nur von der Tiefe der
Modellierung ab.
>Die "Gerade" ist eher ein Egebnis einer idealisierten Betrachtung einer>Spule oder eines Tunnelblickes und gibt nicht die tatsächliche>Eigenschaft einer Spule wieder.
Schauen wir uns einmal eine Schaltreglerspule mit ihrem dicken Draht an:
http://www.egston.com/img/ic/ic_6c2s7022.jpg
Der Widerstand dort dürfte im Betrieb vernachlässigbar sein. Die
Ladekurve wird linear.
Carsten R. schrieb:> Das könnte auch damit zusammenhängen, daß reale Spulen auch immer einen> Widerstand haben.
Insbesondere aber haben sie eine Sättigung, wenns nicht grad eine
Luftspule ist. Dann kommt der reale Widerstand so richtig zum tragen.
Arg kurvig wirds dann aber auch nicht.
Genau das hatte ich doch geschrieben, insbesondere das bezüglich der
Sättigung und der Modellierungstiefe. Danke für das kompakte Wort. Das
habe ich gesucht. Es geht halt immer darum ob man es rein
theoretisch/ideal betrachtet oder eher real.
"Es könnte auch damit zusammenhängen" ist bewußt Konjunktiv, da die
konkrete Quelle nicht genannt und somit die Zielsetzung nicht bekannt
ist.
Wichtig sind die Rahmenbedingungen und diese zu nennen. Wenn jetzt ein
relativ hoher Widerstand in Reihe vorgschaltet würde, so betrachtet man
ja auch nicht den Stromverlauf unter konstant angeleger Spannung an der
Spule, da die Spannug an der Spule bei zunehmendem Strom sinkt, bedingt
durch den zunehmenden Spannungsabfall am Widerstand bei zunehmendem
Strom.
Man betrachtet dann also nicht das Diagramm "Stromverlauf in der Spule
bei x Volt", sondern das Diagramm "Stromverlauf in der RL Schaltung bei
x Volt" oder alternativ den zeitabhängigen Stromverlauf in der Spule bei
einer zeitabhängigen Spannung U(I(t)) (U von I von t). Ich bekomme das
auf die Schnelle nur nicht besser formatiert.
Hallo Christoph (und natürlich alle anderen auch),
ich habe Deine Anregung heute morgen einmal umgesetzt und ein schnelles
Video zur Induktivität, der Versorgung mit ansteigendem Strom und dem
direkten Anschluss an eine Spannunsgquelle umgesetzt.
http://et-tutorials.de/9733/was-ist-eine-induktivitaet/
Ich habe versucht auf viel Mathematik zu verzichten und hoffe, dass
dieses Video auch den Anfängern weiterhilft.
Hallo Wolfgang,
super, ich glaube Du bist der Erste, der das Thema didaktisch
aufbereitet hat.
Etwas verwirrt hat mich, dass Du in der ersten Zeichnung eine
Konstantstromquelle gezeichnet hast und erst später die Schaltung mit
der Konstantspannungsquelle.
Möglicherweise kann für Schüler die Differentialgleichung kompliziert
sein:
U=L*di/dt
Da bei konstanter Spannung nach dem Strom gefragt ist, würde ich die
Gleichung nach di umstellen, also
di=U/L*dt
Die Stromänderung läuft also linear mit der Zeit.
Damit ergibt sich durch Integration für die Anfangsbedinung i=0
i(t)=U/L*t
Ursprünglich dachte ich auch, dass nach DIN nur noch das Spulensymbol
mit dem ausgefüllten Rechteck erlaubt ist, habe mich aber gerade eines
besseren belehrt:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/91/Spule.svg/110px-Spule.svg.png
Warum verwendest Du Orcad-Spice? Für Schüler könnte es einfacher sein,
sich LTspice umsonst aus dem Netz zu laden.
Christoph schrieb:> Hallo Wolfgang,>> super, ich glaube Du bist der Erste, der das Thema didaktisch> aufbereitet hat.
Danke.
> di=U/L*dt>> Die Stromänderung läuft also linear mit der Zeit.>> Damit ergibt sich durch Integration für die Anfangsbedinung i=0>> i(t)=U/L*t>
Das hatte ich auch zuerst überlegt, mich dann aberdafür entschieden
möglichst wenig Mathematik in das Video zu packen.
> Warum verwendest Du Orcad-Spice? Für Schüler könnte es einfacher sein,> sich LTspice umsonst aus dem Netz zu laden.
LTSpice geht natürloch auch.
Die Demo-Version, die für die Lehre eigentlich ausreicht, gibt es auch
kostenlos:
http://www.flowcad.de/ET-Tutorial-Demo-DVD.php
GUT das ich das Thema gefunden habe.
Also mal ne Frage:
Die Wirkung der Induktion ist so gerichtet das sie der Ursache der
Intuktion entgegenwirkt.
Das leuchtet mir ein beim Einschaltvorgang -> Strom ->Magnetfeld ->
Gegeninduktion.
Aber wie ist das zu beschreiben im Ausschaltvorgang?
> Aber wie ist das zu beschreiben im Ausschaltvorgang?
Beim Ausschaltvorgang sorgt die sinkende Stromstärke dafür, dass das
Magnetfeld abnimmt.
Die Wirkung ist der Ursache entegegengerichtet.
Die Wirkung ist also, dass der Strom aufrechterhalten wird.
Anders gesagt: Die Spule treibt den Strom weiter und wird vom
"Verbraucher" zur "Quelle".
Wolfgang Bengfort schrieb:>> Aber wie ist das zu beschreiben im Ausschaltvorgang?>> Beim Ausschaltvorgang sorgt die sinkende Stromstärke dafür, dass das> Magnetfeld abnimmt.> Die Wirkung ist der Ursache entegegengerichtet.>> Die Wirkung ist also, dass der Strom aufrechterhalten wird.>> Anders gesagt: Die Spule treibt den Strom weiter und wird vom> "Verbraucher" zur "Quelle".
Sorry das leuchtet mir nicht ein. Was ist den nun die Ursache und was
die Wirkung.
Einschaltvorgang:
Ursache: Strom
Wirkung: Magnetfeld
Wirkung wirkt Ursache entgegen.
Ausschaltvorgang:
Ursache: x
Wirkung: y
Du kannst es Dir vielleicht wie das Anschieben eines schweren Wagens
vorstellen:
Willst Du den Wagen anschieben, will er dich bremsen. Der Wagen wirkt
sozusagen dem Anschieben entgegen.
Stellst Du dich vor den fahrenden Wagen und willst ihn bremsen, will er
dich anschieben ...
^ Zusatz:
Mit dphi/dt=kreisintegral E heißt es doch im Endeffekt das die Änderung
des magn. Flusses nach der Zeit eine Elektrisches Feld induziert. Das
ist verständlich.
Nur diese Aussagen mit Wirkung Ursache sind verwirrend.
Oft wird bei Erklärungen "Die Wirkung ist der Ursache
entegegengerichtet" einfach nur immer und immer wieder wiederholt ohne
es zu erklären.
Ich versuche es mal mit einer bewußt untypischen Erklärung. Manchmal
hilft eine andere, wenn auch ungewohnte, Darstellung um Dank der anderen
Perspektive eine Erleuchtung zu haben. Da sich die Dinge wechselseitig
beeinflussen, haben wir hier ein Henne-Ei-Problem. Ich mache hier mal
die Henne zum Ei und umgekehrt. Vielleicht hilft es ja, wenn die
"normierte" Perspektive nicht die gewünsche Einsicht liefert.
Beim Unterbrechen:
Wir hatten schon festgestellt: Ein idealisiertes Unterbrechen würde die
Spannung ins unendliche treiben. Also ersetzen wir dies wieder durch
"Wir nehmen die Spule und schließen einen Widerstand an." um in den
endlichen und somit messbaren Bereich zu kommen. Der Strom will
weiterfließen. Am Widerstand erzeugt dieser Stromfluß einen
Spannungsabfall.
Diese Spannung ist aus Sicht der Spule nun dem Stromfluß entgegengesetzt
angelegt. Dies sei nun unsere "Ursache". Diese Spannung kann ich messen
und sie möchte den Stromfluß bremsen/umkehren.
Diese Stromänderung (Steilheit) ist proportional abhängig von jener
Spannung. Nun bewirkt diese Stromänderung aber eine selbstinduzierte
Spannug, die wiederum auch proportional zur Stromänderung ist. Voila,
beide Spannungen skalieren (sinken/steigen) parallel.
Nun geht es noch um das "entgegengesetzt". Nun braucht man eigentlich
Zählpfeile. Dazu ein Absatz Blabla.
Leider habe ich bislang keine wirklich saubere Definition dafür finden
können, die sich eindeutig und widerspruchsfrei auf alle Situationen,
auch komplexe vermaschte Schaltungen, übertagen ließe. Mit "sauber"
meine ich mathematisch sauber. Die Wikierklärung und diverse andere
Quellen weisen, zumindest was ich bisher so gefunden habe, erschreckend
gravierende Schwachstellen auf, besonders gemessen an der eigentlich
einfach klingenden Aufgabe. Um mir jezt nicht selbst eine Definition
anzumaßen, viellecht habe ich sie einfach nicht gefunden, gehe ich da
mit Pragmatismus ran.
Dies ist keine Definiton! Betrachte den Stromkreis bezüglich seiner
Stromrichtung. Folge ich dem Strom nun durch den Widerstand, so find ich
da einen Spannungsunterschied zwischen Ein- und Ausgang. Ob ich diesen
Spannungsunterschied nun positiv oder negativ Werte, kann ich
definieren. Ich muß diese Definition aber einheitlich verwenden! Nun
komme ich an der Spule an. Folge ich weiter dem Strom, so finde ich
betragsmäßig zwischen Spuleneingang und Spulenausgang eine gleich
starke Spannung vor. Aber diese Differnzspannung ist im Vergleich zur
Spannung am Widerstand umgekehrt gepolt! (Nebenbei: Das muß auch so
sein, damit wir beim geschlossenen Stromkreis nach einer Runde bei der
Summe über die vorgefundenen Spanungen 0 erhalten und wieder beim
ursprünglichen Niveau landen.) Das (die entgegengesetzte Polung) ist
gemeint mit "ist der Ursache entgegengerichtet".
@Carsten
Vielen Dank für die Erklärung, aber das meiste davon ist mir schon klar
(btw. ich bin nicht der Threadersteller!)
An sich kenne ich alle Kennlinien von Spulen nur hat mich dieser Satz
immer mehr verwirrt als er mir geholfen hat (Wirkung Ursache) deswegen
habe ich nachgefragt.
Also irgendwie so:
Ursache: Änderung Magnetfeld -> Spannung Wirkung: -> Strom
Die Wirkung (Strom) wirkt der Ursache (Änderung Magn. -> Spannung)
entgegen.
> Danke für den Link aber das hatte nichts mit der Frage zutun.
Ich denke schon.
Die Ursache beim Abschalten ist der Rückgang des Stroms und damit der
Abbau des Magnetfeldes.
Die Magnetfeldlinien kreuzen dabei die Leiterschleife von innen nach
außen.
Die Wirkung ist dann die Kraft auf die Elektronen im Leiter. Diese Kraft
sorgt dafür, dass die Elektronen weitergetrieben werden.
=>Lenzsche Regel: Die Wirkung ist der Ursache entgegengerichtet.
^ Ne ich finde die Regel bescheuert... im Endeffekt nur eine
Beobachtungsregel.
Egal ich Versuchs lieber mal wieder mit Maxwell Gleichungen. Die sind
deutlich schöner!
Wolfgang Bengfort schrieb:> Taram,> vielleiht hilft Dir dieses Video weiter.>> http://et-tutorials.de/6082/induzierte-spannung-in...>> Ausgehend von der Kraft auf ein Elektron, dass sich im Magnetfeld> bewegt, wird das Thema Induktion erklärt.
Interessant: Lehrer für Elektrotechnik und Technische Informatik
Berufsschule?
Und was ist das überhaupt für ein Studium?
Taram schrieb:> Ich glaub ich hab eine gut brauchbare Erklärung gefunden:> http://arxiv.org/abs/1107.2684
Ja, Elektrotechnik ist eigentlich ganz einfach. Alles baut auf nur 4
Gleichungen auf.
Das Problem mit den Maxwellschen Gleichungen ist, dass man Gefahr läuft
vor lauter Mathematik die Elektrotechnik dahinter zu vergessen.
Das zweite Problem ist, dass man, wenn man sich nicht regelmäßig mit der
theretischen Elektrotechnik beschäftigt, ein Gefühl für die Gleichungen
verliert. Mir geht das jedenfalls so. Ich müsste hier fast wieder von
vorn anfangen.
Nachdem ich es erfolgreich geschafft habe, diese vier Gleichungen wieder
zu vergessen ;-)
Auch wenn der zitierte Artikel oberflächlich betrachtet sehr
wissenschaftlich klingt, beinhaltet er recht viel Unsinn! Die Autoren
widersprechen sich in ihrer Argumentation oft selbst.
Einige Beispiele:
„Viele Darstellungen zeichnen jedoch ein unverständliches oder teilweise
sogar falsches Bild der zugrundeliegenden Physik und vermitteln so
zahlreiche Fehlvorstellungen. Dazu gehören:
• Transformatorkerne dienen als magnetischer Zwischenspeicher für die im
Transformator übertragene Energie. Die Energie fließt durch den
Transformatorkern.“ [1]
Die Autoren begründen anhand des Poyntingvektors dass keine Energie
durch den Kern fließen kann (Gl.28). Die Magnetische Feldstärke H im
Kern gehe gegen Null (Gl.25). Gleichzeitig argumentieren Sie unter 4.6
mit der Hysteresekurve weichmagnetischer Kernmaterialien.
Ja was den nun? Hysteresekurve oder H=0 ? Wenn H=0 im Kern ist, dann
existiert keine Hysteresekurve!
Die Autoren bestätigen Verluste in Form von Hystereseverlusten und
Wirbelstromverlusten. Verluste sind immer dissipative Vorgänge, d.h. es
wird Energie (elektrische und magnetische) in Wärme gewandelt. Wenn nun,
wie behauptet, keine Energie durch den Kern fließt, woher kommt dann die
Energie für die propagierten Verluste? Tatsächlich wird der Kern bei
großen Wirbelstromverlusten oder großen Hystereseverlusten sogar recht
heiß!
Bevor die Autoren zum umfassenden Rundumschlag gegen die etablierte
Physik ausholen, hätten sie sich vielleicht nochmals selber intensiver
damit beschäftigt.
[1] http://arxiv.org/abs/1107.2684
Joe G. schrieb:> Die Autoren begründen anhand des Poyntingvektors dass keine Energie> durch den Kern fließen kann (Gl.28). Die Magnetische Feldstärke H im> Kern gehe gegen Null (Gl.25). Gleichzeitig argumentieren Sie unter 4.6> mit der Hysteresekurve weichmagnetischer Kernmaterialien.> Ja was den nun? Hysteresekurve oder H=0 ? Wenn H=0 im Kern ist, dann> existiert keine Hysteresekurve!
Das ist, wie angegeben, eine "idealtypische Betrachtung" mit µr gegen
unendlich. Das Kapitel lautet: "3. Idealisierte
Transformatorgleichungen".
Bei der Betrachtung, wo und wie die Energie von A nach B fließt ist es
zunächst nicht so spannend, zu betrachten, wo noch zwischendurch
Verluste auftreten.
> Die Autoren bestätigen Verluste in Form von Hystereseverlusten und> Wirbelstromverlusten. Verluste sind immer dissipative Vorgänge, d.h. es> wird Energie (elektrische und magnetische) in Wärme gewandelt. Wenn nun,> wie behauptet, keine Energie durch den Kern fließt, woher kommt dann die> Energie für die propagierten Verluste? Tatsächlich wird der Kern bei> großen Wirbelstromverlusten oder großen Hystereseverlusten sogar recht> heiß!
Die Energie, die bei realer Betachtung im Kern sozusagen versicket, also
in Wärme und in Brummen umgewandelt wird, fließt nicht von Primär zu
Sekundär.
> Bevor die Autoren zum umfassenden Rundumschlag gegen die etablierte> Physik ausholen, hätten sie sich vielleicht nochmals selber intensiver> damit beschäftigt.
Findest Du noch weitere Widersprüche?
Gruß
Wolfgang Bengfort schrieb:> Taram schrieb:>> Ich glaub ich hab eine gut brauchbare Erklärung gefunden:>> http://arxiv.org/abs/1107.2684>> Ja, Elektrotechnik ist eigentlich ganz einfach. Alles baut auf nur 4> Gleichungen auf.>> Das Problem mit den Maxwellschen Gleichungen ist, dass man Gefahr läuft> vor lauter Mathematik die Elektrotechnik dahinter zu vergessen.>> Das zweite Problem ist, dass man, wenn man sich nicht regelmäßig mit der> theretischen Elektrotechnik beschäftigt, ein Gefühl für die Gleichungen> verliert. Mir geht das jedenfalls so. Ich müsste hier fast wieder von> vorn anfangen.> Nachdem ich es erfolgreich geschafft habe, diese vier Gleichungen wieder> zu vergessen ;-)
Hi,
ja leider muss ich das Zeug in meiner Masterarbeit beschreiben deswegen
komme ich sowieso nicht drumrum.
Danke Gruß
Joachim schrieb:> Bei der Betrachtung, wo und wie die Energie von A nach B fließt ist es> zunächst nicht so spannend, zu betrachten, wo noch zwischendurch> Verluste auftreten.
Gedankenmodell: (nur Statik)
1. Ein Plattenkondensator wird über eine Gleichspannungsquelle geladen.
Im statischen Fall fließt kein(!) Strom, also auch kein Verschiebestrom.
Wo steckt die Energie die für den Ladevorgang bereit gestellt wurde? Im
statischen elektrischen Feld zwischen den beiden Platten. Die
Energiedichte ergibt sich aus dem Produkt der elektrischen Feldstärke
und der elektrischen Flussdichte.
2. Ein geschlossener Eisenkreis wird über eine magnetische
Gleichspannungsquelle (Permanentmagnet) geladen. Im statischen Fall
fließt kein magnetischer Verschiebestrom. Wo steckt die Energie die für
den Ladevorgang bereit gestellt wurde? Im statischen magnetischen Feld
des Eisenkreises. Die Energiedichte ergibt sich aus dem Produkt der
magnetischen Feldstärke und der magnetischen Flussdichte (Arbeitspunkt
auf der BH-Kennlinie).
Joachim schrieb:> Die Energie, die bei realer Betachtung im Kern sozusagen versicket, also> in Wärme und in Brummen umgewandelt wird, fließt nicht von Primär zu> Sekundär.
Warum sollte die nutzbare Energie durch die Luft fließen (außerhalb des
Kerns) und nur die Verlustenergie durch den Kern?
Joe G. schrieb:> Joachim schrieb:>> Bei der Betrachtung, wo und wie die Energie von A nach B fließt ist es>> zunächst nicht so spannend, zu betrachten, wo noch zwischendurch>> Verluste auftreten.>> Gedankenmodell: (nur Statik)> [ ... ]
Was willst Du damit ausdrücken?
> Warum sollte die nutzbare Energie durch die Luft fließen (außerhalb des> Kerns) und nur die Verlustenergie durch den Kern?
Weil die Energie von den Feldern transportiert wird.
Die Gebilde dienen lediglich zum Führen dieser Felder. Deutlich wird das
beim Energietransport durch ein Kabel. Die Leiter führen die Felder,
aber der Poyntig-Vektor ist (Verluste vernachläsigt) nur ausserhalb
nennenswert.
Praktisch wirkt sich das auch darin aus, dass die
Energietransportgeschwindigkeit vom Material zwischen den Kabeln abhängt
und mit diesem variiert.
Gruß
Joachim schrieb:> Praktisch wirkt sich das auch darin aus, dass die> Energietransportgeschwindigkeit vom Material zwischen den Kabeln abhängt> und mit diesem variiert.
Meinte natürlich zwischen den Leitern
Gruß
Joachim schrieb:> Weil die Energie von den Feldern transportiert wird.
Tatsächlich. Und so existiert zwischen zwei Kondensatorplatten ein
elektrisches Feld und zwischen zwei magnetischen Polen ein magnetisches
Feld, d.h. der Trafokern ist Träger dieses Feldes und damit der
Energieleiter. Und nun nochmals die Frage:
Warum sollte die nutzbare Energie durch die Luft fließen und nur die
Verlustenergie durch das Eisen?
Joe G. schrieb:> Joachim schrieb:>> Weil die Energie von den Feldern transportiert wird.>> Tatsächlich. Und so existiert zwischen zwei Kondensatorplatten ein> elektrisches Feld und zwischen zwei magnetischen Polen ein magnetisches> Feld, d.h. der Trafokern ist Träger dieses Feldes und damit der> Energieleiter. Und nun nochmals die Frage:
Nein, der Raum ist "Träger des Feldes". Wenn man überhaupt
sinnvollerweise von einem Feldträger sprechen kann. Das Feld ist eine
Eigenschaft des Raumes. Die gespeicherte Energie wird ja auch berechnet
über das Volumenintegral über die Energiedichte in diesem Raum.
> Warum sollte die nutzbare Energie durch die Luft fließen und nur die> Verlustenergie durch das Eisen?
Weil dort der Poynting-Vektor nennenswert ungleich null ist.
Gruß
Da müssen wir wohl noch mal auf Anfang ;-)
Warum existiert für magnetische Werkstoffe eine nicht zu
vernachlässigende BH-Kennlinie?
Nehmen wir mal vereinfacht eine Kennlinie ohne Hysterese (keine
Verluste). Was passiert mit der Energie bzw. der der Ergänzungsenergie
wenn H ein Wechselfeld ist? Entsteht diese Energie aus dem Nichts und
verschwindet sie wieder im Nichts?
Joe G. schrieb:> Joachim schrieb:>> Weil die Energie von den Feldern transportiert wird.>> Tatsächlich. Und so existiert zwischen zwei Kondensatorplatten ein> elektrisches Feld und zwischen zwei magnetischen Polen ein magnetisches> Feld, d.h. der Trafokern ist Träger dieses Feldes und damit der> Energieleiter. Und nun nochmals die Frage:>> Warum sollte die nutzbare Energie durch die Luft fließen und nur die> Verlustenergie durch das Eisen?
Die Leistungsdichte und die magnetische Feldstärke sind in einem idealem
Trafo gleich null.
Troll™
