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Induktivitäten

Induktivitäten sind Spulen, aufgewickelter Draht. Sie haben oft Kerne aus Eisen und anderen magnetischen Werkstoffen.

Induktivitäten werden of als Spulen, Drosselspulen bezeichnet, Induktivitäten mit mehreren Wicklungen als Transformatoren.

Symbol

Induktivitaet-Symbol.png
Bild 1: Symbole für Induktivitäten
  • Induktivitäten sind Spulen, aufgewickelter Draht.
  • Der Draht ist meistens mit Lack isoliert.
  • Im Prinzip gibt es zwei Typen von Induktivitäten:
  • einfache Induktivitäten und
  • gekoppelte Induktivitäten,
  • die manchmal auch als Transformatoren bezeichnet werden.
  • Induktivitäten können
  • ohne Kern
  • mit Eisenkern oder
  • mit Ferritkern aufgebaut sein.
  • Ferritkerne sind Eisenpulver, das durch Kunststoff gebunden ist.

In Bild 1 bedeuten

  • L1 eine Induktivität ohne Kern,
  • L2 eine Induktivität mit Ferritkern,
  • L3 eine Induktivität mit Eisenkern und
  • L3 eine gekoppelte Induktivität mit Eisenkern
  • Die beiden Teil-Induktivitäten sind einfach Wicklungen auf dem selben Kern.
  • Die Punkte bei L3 bedeuten den Anfang der jeweiligen Wicklung.

Werte

Eine Induktivität wird in

  • Henry H angegeben.
  • Außerdem ist oft der maximal zulässige Strom angegeben.

Induktivität

Maßeinheit Bezeichnung in H in mH in µH
µH Mikro-Henry 0,000001H 0,001mH 1µH
mH Milli-Henry 0,001H 1mH 1000µH
H Herny 1H 1000mH 1000000µH

Maximaler Strom

Für eine Induktivität wird ein maximaler Strom angegeben

  • damit die Wicklung nicht durchbrennt und
  • der Kern seine Wirkung nicht verliert.

Bauformen

Induktivitaeten.png
Bild 2: Einige Bauformen von Induktivitäten

In Bild2 haben wir von links nach rechts:

  • zwei Induktivitäten in Widerstandsbauform: radiale Anschlüsse, lackiert und mit Farbringen für den Wert,
  • eine Induktivität mit Ferritkern, isolierter Wicklung und aufgedrucktem Wert
  • Induktivität mit Ferritkern
  • isolierte Bauform mit Drahtanschlüssen
  • offene Bauform mit Drahtanschlüssen
  • offene Bauform mit SMD-Anschlüssen,
  • keine offene Bauform mit Drahtanschlüssen
  • ein Transformator mit Ringkern aus Ferrit und selbst hergestellten Wicklungen
  • einen vergossenen Blocktransformator mit mehreren Wicklungen
  • zwei Wicklungen für 110V, die in Serie geschaltet für 220V geeignet sind und
  • zwei Wicklungen für je 12V
  • ganz rechts liegt eine Induktivität mit Eisenkern, der lamelliert ist, aus dünnen Blechen besteht
  • darunter ein Ferritkern im M-Form.

Bauelemente mit Induktivitäten

Es gibt eine Reihe von Bauelementen mit Spulen, also Induktivität, z.B.

  • Relais
  • Motoren
  • Elektromagnete
  • Lautsprecher

Diese induktiven Bauelemente haben das Verhalten von Induktivitäten.

  • Sie erzeugen beim Abschalten hohe Spannungen mit all den Folgen, die unten beschrieben sind.

Verhalten

  • An Gleichspannung steigt der Strom durch eine Induktivität mit der Zeit an.
  • Dabei speichert sie elektrische Energie.
  • Wird der Stromfluss unterbrochen,
  • erhält die Induktivität den Strom weiter aufrecht.
  • Dabei erzeugt sie eine Spannung.
  • Diese Spannung kann erheblich sein und
  • Bauelemente durch hohe Spannungen zerstören,
  • Funken erzeugen,
  • aber auch gewollt höhere Spannungen erzeugen.

Zeitkonstante

Der Strom durch einer Induktivität steigt mit der Zeit an.

Wird eine Induktivität über einen Vorwiderstand an eine Spannungsquelle angeschlossen, ist der maximale Strom durch den Widerstand mit I^=U/R vorgegeben. Die Zeit, in der Strom durch die Induktivität zu 63% des maximalen Stroms I^ gestiegen ist, ist die Zeitkonstante τ des R-L-Gliedes:

τ = L / R

Regeln

  • Induktivitäten werden in Henry H angegeben
  • meistens werden mH oder µH verwendet (1mH=1000µH)
  • Induktivitäten haben einen maximal zulässigen Betriebsstrom.
  • Der maximal zulässige Betriebsstrom darf auf Dauer nicht überschritten werden.
  • Der maximal zulässige Betriebsstrom darf bei Induktivitäten mit Kern auch kurzzeitig nicht überschritten werden.
  • Es gibt Induktivitäten
  • ohne Kern
  • mit Eisenkern und
  • Ferritkern
  • Es gibt außerdem Induktivitäten mit zwei oder mehr gekoppelten Wicklungen
  • auf dem selben Kern.
  • Wird eine Induktivität über einen Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen
  • steigt der Strom mit der Zeit an und
  • die Induktivität speichert Energie.
  • Wie schnell der Strom ansteigt, hängt von der Zeitkonstante τ=L/R ab.
  • Die gespeicherte Energie gibt die Induktivität wieder ab, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird:
  • Die Induktivität erzeugt eine Spannung, die diesen Strom kurzzeitig aufrecht erhält.
  • Der Strom fällt mit der Zeit ab.
  • Wird die erzeugte Spannung durch einen Widerstand belastet,
  • hängt, wie schnell der Strom abfällt, von der Zeitkonstante τ=L/R ab.
  • Dabei können hohe Spannungen entstehen.
  • Diese Spannungen können Bauelemente (Transistoren, MOSFET, Dioden usw.) gefährden.
  • Diese Spannungen können zur Generierung höherer Spannungen verwendet werden.
  • Es gibt eine Reihe magnetischer Bauelemente, die Induktivitäten enthalten, z.B.:
  • Relais
  • Motoren
  • Elektromagnete
  • Magnetische Bauelemente werden an Elektronik immer mit Schutzschaltung betreiben.

SMD Gehäuse

Induktivitäten werden natürlich auch in SMD-Gehäusen angeboten.

Gehäuse
Maße l x b x h
0402
1,00 x 0,50 x 0,35 mm³
0603
1,60 x 0,80 x 0,45 mm³
0805
2,00 x 2,25 x 0,55 mm³
1206
3,10 x 1,55 x 0,55 mm³
1812
3,20 x 3,20 x 2,00 mm³
2512
6,35 x 3,20 x 0,55 mm³
2816
7,20 x 6,10 x 4,50 mm³
3025
7,50 x 6,30 x 4,00 mm³

Auswahl von zweipolige SMD-Gehäusen für Induktivitäten

Die Höhe kann je nach Induktivität, Typ und zulässigem Strom abweichen. Es gibt eine Reihe weiterer quaderförmige SMD-Bauformen.

Außerdem gibt es Induktivitäten in SMD-Gehäusen, die denen von bedrahteten ähneln.

Induktivitäten mit gekoppelten Wicklungen werden fast immer in herstellerspezifischen SMD-Gehäusen angeboten.

SMD-Induktivitaet-Top-3D.png
Bild 3: 3-D-Darstellung eines Bord mit SMD-Induktivitäten
0603 L1
2010 L2
L4 vergossene Wicklung
L3 Ferritkern und offene Wicklung