passive Bauteile

Induktivität

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Ähnlich kompliziert wie das Verhalten eines Kondensators ist das Verhalten einer Induktivität. Grundsätzlich verhält sich eine Induktivität (also eine Spule, ein Trafo) im Prinzip genauso wie ein Elko/Kondensator (Kapazität) an Wechselspannung - nur genau andersrum :-) Aber auch an Gleichspannung verhält sich die Induktivität (Spule) genau "andersrum" als eine Kapazität (Elko/Kondensator).

Eine Induktivität, also eine Spule oder Trafo, ist ein sog. passives Bauteil. Das bedeutet, dass dieses Bauteil keine verstärkende und steuernde Wirkung eines Signales hat.

Eine Induktivität (Spule/Trafo) hat einen induktiven Blindwiderstand. Genauso wie der Elko/Kondensator (Kapazität) einen kapazitiven Blindwiderstand hat. Blindwiderstände treten nur an Wechselspannung auf, nicht an Gleichspannung. Und wie schon gesagt, es gibt Bauteile, die überhaupt keinen Blindwiderstand haben, sich also an Wechselspannung genauso verhalten wie an Gleichspannung. Bei einem "normalen" ohmschen Widerstand ist das z.B. der Fall.

Eine Induktivität ist vom Prinzip her eine Konstruktion, bei der ein Draht - meist ein Kupferlackdraht - aufgewickelt ist. Das Material auf dem der Draht aufgewickelt ist, wird auch Spulenkörper genannt. Dieser muss nicht zwangsläufig elektrisch leitend sein. Er muss nichtmal zwangsläufig magnetisch leitend sein, also er muss nicht in der Lage sein, Magnetfeldlinien übertragen zu können. Manchmal werden Drähte (Wicklungen) einfach "nur so" als Luftwicklung aufgewickelt (z.B. in der HF Empfangstechnik), oder eben auf einem Kunststoffträger. Auch dann gibt es eine induktive Wirkung!

Induktivitäten werden meistens auf einen ferritartigen Spulenkörper aufgewickelt, da dadurch die Induktivität (umso höher, umso mehr Energie kann gespeichert werden) erhöht wird. Solche Spulen werden z.B. in sog. Schaltnetzteilen verwendet. Induktivitäten können aber auch auf einen Eisenkern gewickelt werden. Dann haben Sie Eigenschaften, die für andere, meist niedrige Frequenzen (z.B. 50 Hz) von Vorteil sind.

Induktivitäten können auch als Trafos aufgebaut sein. Dann sind zwei oder mehr Spulen auf einem Ringkern, oder auf einen E-Kern aufgewickelt. Dabei haben die beiden Spulen unterschiedliche Windungszahlen, und so ergeben sich unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse. Die Windungszahlen verhalten sich wie die Spannungen an den Wicklungen.

Bild oben: Bauformen. Die verschiedenen Varianten einer Spule. Bild oben: Schaltzeichen. Sehr oft wird das rechte Symbol verwendet. Links oben ist eine reine Luftspule, darunter eine mit Kern, die Dritte ist eine per Schraubendreher veränderliche Induktivität, links unten ist per Hand veränderlich.

Bei einer Spule/Trafo spielt in erster Linie die Induktivität (Formelzeichen H für Henry) eine Rolle. Natürlich hat auch eine Induktivität (Spule/Trafo) einen "reinen", also ohmschen Widerstand. Er wird bestimmt durch den Drahtwiderstand.

Neben den "Ohmschen Widerstandswert", gibt es weitere "Arten" von Widerstandswerten. Denn jedes Bauteil hat einen Widerstandswert. Und da manche Bauteile sich an Wechselspannung anders verhalten als an Gleichspannung, spricht man auch vom sog. "Blindwiderstand". Der Blindwiderstand(swert) ist also in Wechselspannungsschaltungen anzuwenden, also immer dort, wo ein Bauteil - z. B. eine Spule - eben nicht an "gleichmäßiger Gleichspannung" betrieben wird.

Der Blindwiderstand(swert) einer Spule ist von der Frequenz abhängig. Umso höher die Frequenz, umso höher ist der Blindwiderstand. Das bedeutet, dann eine an Gleichspannung angeschlossene Spule grundsätzlich niederohmig ist, an Wechselspannung ist sie hochohmig. Dieser Umstand wird durch den "Blindwiderstand" der Spule hervorgerufen. Immer wenn in einer (elektronischen/elektrischen) Schaltung das Wort "Blind...." verwendet wird, bedeutet das, dass der Strom durch die Schaltung NICHT mit der Spannung in Phase ist. Spannung und Strom sind dann "phasenverschoben".

Bei einer Induktivität eilt der Strom um 90 Grad phasenverschoben der Spannung nach.

Im Prinzip kann auch bei einer Spule der (Blind)Widerstand - wenn sie an Wechselspannung betrieben wird - nach dem Ohmschen Gesetz berechnet werden, indem man die.....

.....Spannung (Formelzeichen U, in Volt)

.....durch den

.....Strom (Formelzeichen I für Intensität, in Ampere).

.....teilt.

Das Ergebnis der Berechnung ist der Blindwiderstand (Formelzeichen XL, in Ohm).

Formel: XL = U / I (Blindwiderstand von L ( = Spannung durch Strom). Was der Buchstabe L abkürzt, konnte ich bisher nicht ermitteln. Offenbar kommt das "L" von Leiter, oder Leiterquerschnitt.

Zurück zur Phasenverschiebung: Was bedeutet "nicht in Phase"? Bei einem reinen Widerstand haben wir bei einer gegebenen Spannung einen gegebenen Strom. Erhöhen wir nun die Spannung um z.B. 10 %, so steigt auch der Strom um 10 % an. Die Leistung steigt dann übrigens proportional an, denn Leistung (P in Watt) ist Spannung mal Strom. Bei 20 % mehr Spannung steigt auch der Strom um 20% an. Spannung und Strom sind in Phase, also NICHT zeitlich versetzt. Ist Spannung da, ist auch Strom da, und umgekehrt. Dieser Effekt kann z.B. an einer herkömmlichen Glühlampe beobachtet werden, denn sie verhält sich wie ein "(normaler) ohmscher Widerstand".

Schaltet man eine Spule parallel (also ein Anschluss an Plus, ein Anschluss an Minus) an eine Gleichspannung(squelle), so fliesst zunächst sehr wenig Strom. Je nach Induktivität der Spule (die Induktivität beschreibt die Fähigkeit, Energie speichern zu können) steigt der Strom jedoch sehr bald (stark) an, bis er auf "Maximum" ansteigt - dann ist die Spule gesättigt, und Ihr Widerstand ist extrem niederohmig, eben weil ein sehr großer Strom fliest, der nur durch den Drahwiderstand begrenzt wird. Jetzt ist ein Zeitpunkt gekommen, wo die Spule dringend vom Strom getrennt werden sollte :-)

Bild oben: Stromverlauf bei einer Spule, während der Aufladung Bild oben: Spannungsverlauf bei einer Spule, während der Aufladung.

Die beiden Diagramme oben zeigen; erst fliest wenig Strom, während die Spannung an der Spule recht hoch ist. Im Laufe der Zeit (t) wird der Strom immer größer und die Spannung (jeweils an der Spule) immer kleiner, weil sich die Spule immer weiter auflädt, in die Sättigung gerät, und dann nur noch der ohmsche Widerstand wirkt.

Doch wie lange, wie viel Zeit (t im Diagramm) nimmt der obige Vorgang in Anspruch? Nun, dies hängt im Prinzip nur von zwei Faktoren ab; 1.) wie niederohmig (also wie "kräftig") ist die Spannungsquelle, und 2.) wie viel Induktivität (also wie viel Energie kann aufgenommen werden) hat die Spule.

So, weiter möchte ich dieses Thema "Induktivität / Spule" hier in den Grundlagen nicht ausführen :-)