Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Induktivität | Selbstinduktion | Ausschaltvorgang


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von Bartosz B. (bartosz)


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Hallo zusammen,

ich habe eine allgemeine Schaltung vorliegen. Es ist eine 
Gleichspannungsquelle. Hier passiert eigentlich nichts Dramatisches. Mir 
geht es aber konkret um den Ein- und Ausschaltvorgang und habe dazu eine 
Verständnisfrage.

R_B dient der Strombegrenzung. Mit I = U/R fließt hier der maximale 
Strom, der auch durch die Induktivität fließt.
R_IS ist viel größer als der Innenwiderstand der Induktivität. Im 
Normalfluss fließt hier nichts. Wenn die Induktivität ihre 
Selbstinduktion ausführt, fließt der Strom durch R_IS wieder in die 
Induktivität herein.

In der Formel ?(?)=(U_o - L*IPunkt(t)) / R_Spule steckt die Formel 
u(t)=-L∗Δi(t)/(Δt).


Frage 1) Wenn die Spule beim Ausschalten der Quelle eine Selbstinduktion 
ausführt, kann die Ind.-spannung sehr groß werden. Aber auch der Strom? 
Dürfte doch nicht...

Frage 2) Wenn ich die Spannungsquelle nicht plötzlich ausschalten 
wollte, sondern langsam — damit mir die hohe Induktionsspannung nichts 
kaputt macht — wie müsste ich das regeln (außer mit diesem 
Abfangwiderstand R_IS)?

von Egon D. (egon_d)


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Bartosz B. schrieb:

> Frage 1) Wenn die Spule beim Ausschalten der Quelle eine
> Selbstinduktion ausführt, kann die Ind.-spannung sehr
> groß werden.

Ja.


> Aber auch der Strom?

Nein.


> Dürfte doch nicht...

Natürlich nicht. Grundvorlesung E-Technik: Der Strom durch
eine ideale Spule kann nicht springen -- ebensowenig wie
die Spannung an einem idealen Kondensator.


> Frage 2) Wenn ich die Spannungsquelle nicht plötzlich
> ausschalten wollte, sondern langsam — damit mir die
> hohe Induktionsspannung nichts kaputt macht — wie müsste
> ich das regeln (außer mit diesem Abfangwiderstand R_IS)?

???

Die Spannung kannst Du nur langsam vermindern, indem Du
die Spannung langsam verminderst.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

zu 1:

Die Spule baut beim Abschalten die im Magnetfeld gespeicherte Energie 
ab. Somit steigt die Spannung nur dann ins Unermessliche an, wenn keine 
Ableitmöglichkeit gegeben ist. Beispielsweise mit Hilfe einer 
Freilaufdiode wird die Spannung nicht höher als die Flussspannung der 
Diode bei kurzzeitig deutlich hohem Strom.

Zu 2:

Um langsam abzuschalten, würde man einen "Schalter" verwenden, der 
hinreichend langsam von Leiten auf Sperren wechselt. Dann muß das 
Magnetfeld nicht so schnell abgebaut werden.

MfG

von Helmut S. (helmuts)


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Was steht in dem ersten Bild in den 5 Zeilen oben rechts?

von Bartosz B. (bartosz)


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Christian S. schrieb:
> Hallo,
>
> zu 1:
>
> Die Spule baut beim Abschalten die im Magnetfeld gespeicherte Energie
> ab. Somit steigt die Spannung nur dann ins Unermessliche an, wenn keine
> Ableitmöglichkeit gegeben ist. Beispielsweise mit Hilfe einer
> Freilaufdiode wird die Spannung nicht höher als die Flussspannung der
> Diode bei kurzzeitig deutlich hohem Strom.

Ok danke. Wie muss ich die einzeichnen?
>
> Zu 2:
>
> Um langsam abzuschalten, würde man einen "Schalter" verwenden, der
> hinreichend langsam von Leiten auf Sperren wechselt. Dann muß das
> Magnetfeld nicht so schnell abgebaut werden.

Genau, so etwas wollte ich hören! Danke! Wie heißt so ein "Schalter"?

von Bartosz B. (bartosz)


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Helmut S. schrieb:
> Was steht in dem ersten Bild in den 5 Zeilen oben rechts?

Hallo  Helmut, nur dies: R_IS ist viel größer als der Innenwiderstand 
der Induktivität. Im Normalfluss fließt hier nichts. Wenn die 
Induktivität ihre
Selbstinduktion ausführt, fließt der Strom durch R_IS wieder in die
Induktivität herein.

von Günter Lenz (Gast)


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Bartosz B. schrieb:
Frage 1) Wenn die Spule beim Ausschalten der Quelle eine Selbstinduktion
ausführt, kann die Ind.-spannung sehr groß werden. Aber auch der Strom?
Dürfte doch nicht...

Der Strom ist im ersten Moment genauso groß wie er vorher
geflossen ist und nimmt dann ab. Und die induzierte Spannung
ist Ris mal diesen Strom.

von Helmut S. (helmuts)


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Ich habe dir mal eine Simulation mit LTspiceXVII gemacht.
https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

Nach dem abschalten fließt der Spulenstrom über R1, weil es keinen 
weiteren Pfad dafür gibt. Der Strom klingt mit der Zeitkonstante tau1 
ab.
tau1 = L1/R1
Beachte die hohe Spannung V(1,2) die dabei an der Spule bzw. R1 an 
entsteht.

: Bearbeitet durch User
von Bartosz B. (bartosz)


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Helmut S. schrieb:
> Ich habe dir mal eine Simulation mit LTspiceXVII gemacht.
> 
https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
>
> Nach dem abschalten fließt der Spulenstrom über R1, weil es keinen
> weiteren Pfad dafür gibt. Der Strom klingt mit der Zeitkonstante tau1
> ab.
> tau1 = L1/R1
> Beachte die hohe Spannung V(1,2) die dabei an der Spule bzw. R1 an
> entsteht.

Vielen Dank für die Dateien!

Was ich mich nur frage ist: Muss man so was nicht regeln, damit keine 
hohe Spannung entsteht? Mit einem Regler oder so? Parallelwiderstand und 
Freilaufdiode antiparallel sind die Mittel?

von Helmut S. (helmuts)


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Bartosz B. schrieb:
> Was ich mich nur frage ist: Muss man so was nicht regeln, damit keine
> hohe Spannung entsteht? Mit einem Regler oder so? Parallelwiderstand und
> Freilaufdiode antiparallel sind die Mittel?

Meistens schaltet man eine normale Diode parallel. Das hat zwar den 
Nachteil, dass der Strom nur relativ langsam abklingt, aber es ist halt 
die preiswerteste Lösung. Vergleiche mal das vorherige Bild ohne Diode 
und das mit Diode. Da sieht man den riesigen Zeitunterschied für das 
Abklingen des Stromes. In der Simulation mit Diode habe ich einmal mit 
und ohne Serienwiderstand RS simuliert. Im Falle von Relais hat man ja 
RS und keinen R2.

: Bearbeitet durch User
von Bartosz B. (bartosz)


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OK, jetzt weiß ich bescheid. Danke!

von bockmist (Gast)


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>R_IS ist viel größer als der Innenwiderstand der Induktivität. Im
>Normalfluss fließt hier nichts.

Bei solch einer Aussage wird sich der gute Herr Ohm im Grabe umdrehen. 
Was für für ein Bockmist.

von Dietrich L. (dietrichl)


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bockmist schrieb:
>>R_IS ist viel größer als der Innenwiderstand der Induktivität. Im
>>Normalfluss fließt hier nichts.
>
> Bei solch einer Aussage wird sich der gute Herr Ohm im Grabe umdrehen.
> Was für für ein Bockmist.

Besonders, wenn im nächsten Satz:

Bartosz B. schrieb:
> Wenn die Induktivität ihre
> Selbstinduktion ausführt, fließt der Strom durch R_IS wieder in die
> Induktivität herein.

... hier dann doch ein Strom fließen kann :-(

von Helmut S. (helmuts)


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Dietrich L. schrieb:
> bockmist schrieb:
>>>R_IS ist viel größer als der Innenwiderstand der Induktivität. Im
>>>Normalfluss fließt hier nichts.
>>
>> Bei solch einer Aussage wird sich der gute Herr Ohm im Grabe umdrehen.
>> Was für für ein Bockmist.
>
> Besonders, wenn im nächsten Satz:
>
> Bartosz B. schrieb:
>> Wenn die Induktivität ihre
>> Selbstinduktion ausführt, fließt der Strom durch R_IS wieder in die
>> Induktivität herein.
>
> ... hier dann doch ein Strom fließen kann :-(

Ich denke in der Aufgabe sollten die Studenten eine möglichst einfache 
Aufgabe berechnen. Natürlich ist RB im allgemeinen eher der 
Spulenwiderstand und kein externer Widerstand, aber dann wäre die 
Aufgabe ja schon wieder ein bisschen schwieriger geworden.

Laden der Spule
Ispulemax = U/RB

Entladen der Spule
Uspulemax = -Ispulemax*R_IS

Da sollte dann vermutlich Ispule(t) und Uspule(t) für beide Fälle 
berechnet werden.

von Bartosz B. (bartosz)


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bockmist schrieb:
>>R_IS ist viel größer als der Innenwiderstand der Induktivität. Im
>>Normalfluss fließt hier nichts.
>
> Bei solch einer Aussage wird sich der gute Herr Ohm im Grabe umdrehen.
> Was für für ein Bockmist.

Du weißt doch, wie ich das mein. "R1 >> R_Spule" heißt R1 ist mindestens 
um eine Zehnerpotenz größer, sodass vernachlässigbar wenig fließt.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Bartosz B. schrieb:
> Aber auch der Strom?
Nein, der Strom ist im Moment des Abschaltens genauso groß wie vorher, 
weil sich die Spule durch die selbst induzierte Spannung versucht, gegen 
Stromänderung zu wehren.
Die induzierte Spannung ist proportional zur Änderung des Stromes nach 
der Zeit (Induktionsgesetz)

von Wolfgang (Gast)


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Helmut S. schrieb:
> Das hat zwar den Nachteil, dass der Strom nur relativ langsam
> abklingt, aber es ist halt die preiswerteste Lösung.
Schneller klingt der Strom ab, wenn man in Serie zur Diode einen 
Widerstand schaltet oder statt dessen zwei antiserielle Zenerdioden 
parallel zu Spule schaltet. Das führt aber beides zu einer 
Spannungsspitze, die die restliche Schaltung vertragen muss.

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