Induktivitäten
Induktivitäten speichern elektrische Energie in einem magnetischen Feld. Sie werden zum Glätten und Filtern von Strömen verwendet.
Induktivitäten sind aus Draht gewickelte Spulen. Sie haben häufig Kerne aus Eisen oder anderen magnetischen Werkstoffen.
Induktivitäten werden auch Spulen, Drosselspulen oder Drosseln genannt. Induktivitäten mit mehreren Wicklungen werden als Transformatoren bezeichnet.
Symbol
- Induktivitäten sind Spulen mit aufgewickeltem Draht.
- Der Draht ist meist mit Lack isoliert.
- Grundsätzlich werden zwei Arten von Induktivitäten unterschieden:
- einfache Induktivitäten und
- gekoppelte Induktivitäten,
- die manchmal auch Transformatoren genannt werden.
- Induktivitäten können
- ohne Kern,
- mit Eisenkern oder
- mit Ferritkern aufgebaut sein.
- Ferritkerne bestehen aus Eisenpulver, das mit Kunststoff gebunden ist.
In Bild 1 bedeutet:
- L1 eine Induktivität ohne Kern,
- L2 eine Induktivität mit Ferritkern,
- L3 eine Induktivität mit Eisenkern und
- L4 eine gekoppelte Induktivität mit Eisenkern.
- Die beiden Teilinduktivitäten sind einfache Wicklungen auf demselben Kern.
- Die Punkte bei L4 kennzeichnen den Anfang der jeweiligen Wicklung.
| Bauart | Maße | Raster | Imax | Toleranz | Werte | Pmax | Spannungen | Tmax |
| axiale | 5,8 mm ∅ x 12,8 mm | 0,2 A | 5 % | 1 mH | 125 °C | |||
| radial | 8,3 mm ∅ x 10 mm | 5 mm | 0,9 A | 5 % | 100 µH | 85 °C | ||
| radial | 9,5 mm ∅ x 14 mm | 5 mm | 0,28 A | 10 % | 1 mH | 85 °C | ||
| Ringkern | 17 mm ∅ x 12 mm | 2 A | 100 µH | |||||
| SMD | 6 mm x 6 mm x 4,4 mm | 700 mA | 20 % | 100 µH | 125 °C | |||
| Flachtrafo | 68 mm x 57 mm x 22 mm | 10VA | 2 x 115 V auf 2 x 15 V | 40 °C | ||||
| Ringkerntrafo | 95 mm ∅ x 45 mm | 120VA | 230 V auf 2 x 15 V | 40 °C | ||||
| offener Trafo | 84 mm x 76 mm x 80 mm | 100VA | 230 V auf 2 x 15 V | 40 °C |
| axial | Zylindrische Bauform mit axialen Anschlüssen |
| radial | Zylindrische Bauform mit radialen Anschlüssen |
| Ringkern | Induktivität mit ringförmigem Ferritkern |
| SMD | SMD-Bauelement |
| Flachtrafo | Transformator in vergossenem Flachgehäuse |
| Ringkerntrafo | Transformator mit einem ringförmigen Eisenkern |
| offener Trafo | Transformator mit offenem Eisenkern |
| Imax | Maximal zulässiger Strom |
| Toleranz | ± Toleranz |
| Pmax | Maximal zulässige Wechselstromleistung |
| Spannungen | Wechselspannungen für Eingang und Ausgang |
| Tmax | Maximal zulässige Betriebstemperatur |
| Diese Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden. | Siehe: Betriebsdaten und Grenzdaten |
Werte
Die Induktivität wird in:
- Henry H angegeben.
- Oft wird auch der maximal zulässige Strom angegeben.
Induktivität
| Maßeinheit | Bezeichnung | in H | in mH | in µH |
| µH | Mikrohenry | 0,000001 H | 0,001 mH | 1 µH |
| mH | Millihenry | 0,001 H | 1 mH | 1000 µH |
| H | Henry | 1 H | 1000 mH | 1000000 µH |
Maximaler Strom
Für eine Induktivität wird ein Maximalstrom angegeben,
- damit die Wicklung nicht durchbrennt oder
- der Kern seine Wirkung nicht verliert.
Bauelemente mit Induktivitäten
Es gibt eine Reihe von Bauelementen mit Spulen, d. h. Induktivitäten, z. B.:
- Relais,
- Motoren,
- Elektromagnete,
- Lautsprecher.
Diese induktiven Bauelemente verhalten sich elektrisch wie Induktivitäten.
- Sie erzeugen beim Abschalten hohe Spannungen mit allen unten beschriebenen Auswirkungen.
Verhalten
- An Gleichspannung nimmt der Strom durch eine Induktivität mit der Zeit zu.
- Dabei wird elektrische Energie in einem magnetischen Feld gespeichert.
- Wird der Stromfluss unterbrochen,
- hält die Induktivität den Strom kurzzeitig 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 eine Induktivität nimmt mit der Zeit zu.
Wenn eine Induktivität über einen Vorwiderstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, wird der maximale Strom durch den Widerstand durch I^=U/R bestimmt. Die Zeit, in der der Strom durch die Induktivität auf 63 % des maximalen Stroms I^ angestiegen ist, ist die Zeitkonstante τ des R-L-Gliedes:
τ = L / R
Bauformen und Gehäuse
THT und SMD
Montage von Bauelementen auf Leiterplatten
THT (Through Hole Technology) Durchsteckmontage
- Die Anschlüsse von THT-Bauelementen werden durch Löcher in der Platine gesteckt und von unten verlötet.
- THT-Bauelemente werden auf der Oberseite der Platine montiert.
- Bedrahtete Bauelemente wie Widerstände und Kondensatoren werden in THT montiert. Dazu müssen die Anschlussdrähte entsprechend gebogen werden.
SMD (Surface Mounted Device) Oberflächenmontage
- SMD-Bauelemente benötigen keine Bohrungen, sondern werden direkt auf Kupferpads gelötet.
- SMD-Bauelemente können auf beiden Seiten einer Platine montiert werden.
Bild 2 zeigt von links nach rechts:
- Zwei Induktivitäten in zylindrischer Widerstandsbauform: radiale Anschlüsse, lackiert und mit Farbringen für den Wert.
- Eine Induktivität mit Ferritkern, isolierter Wicklung und aufgedrucktem Wert.
- Induktivitäten mit Ferritkern:
- isolierte Bauform mit Drahtanschlüssen,
- offene Bauform mit Drahtanschlüssen,
- offene Bauform mit SMD-Anschlüssen,
- kleine offene Bauform mit Drahtanschlüssen.
- Ein Transformator mit Ringkern aus Ferrit und selbst hergestellten Wicklungen.
- Ein vergossener Blocktransformator mit mehreren Wicklungen:
- zwei Wicklungen für 110 V, die in Reihe geschaltet für 220 V geeignet sind, und
- zwei Wicklungen für je 12 V.
- Ganz rechts liegt eine Induktivität mit Eisenkern, der lamelliert ist, d. h. aus dünnen Blechen besteht.
- Unten rechts ein Ferritkern in M-Form.
SMD-Gehäuse
Induktivitäten werden selbstverständlich auch in SMD-Gehäusen angeboten.
Auswahl von zweipoligen SMD-Gehäusen für Induktivitäten
Die Höhe kann je nach Induktivität, Typ und zulässigem Strom variieren. Es gibt eine Reihe weiterer quaderförmiger SMD-Bauformen.
Es gibt auch Induktivitäten in SMD-Gehäusen, die den bedrahteten Induktivitäten ähneln.
Induktivitäten mit gekoppelten Wicklungen werden fast immer in herstellerspezifischen SMD-Gehäusen angeboten.
| 0603 | L1 | |
| 2010 | L2 | |
| L4 | vergossene Wicklung | |
| L3 | Ferritkern und offene Wicklung |
Regeln
- Induktivitäten werden in Henry H angegeben.
- Meist werden mH oder µH verwendet (1 mH=1000 µH).
- Induktivitäten haben einen maximal zulässigen Betriebsstrom.
- Der maximal zulässige Betriebsstrom darf nicht dauerhaft überschritten werden.
- Bei Induktivitäten mit Kern darf der maximal zulässige Betriebsstrom auch kurzzeitig nicht überschritten werden.
- Es gibt Induktivitäten:
- ohne Kern,
- mit Eisenkern und
- mit Ferritkern.
- Es gibt auch Induktivitäten mit zwei oder mehr gekoppelten Wicklungen
- auf einem Kern.
- Wenn eine Induktivität über einen Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist,
- 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 Induktivität gibt die gespeicherte Energie wieder ab, wenn der Strom abgeschaltet wird:
- Die Induktivität erzeugt eine Spannung, die diesen Strom kurzzeitig aufrechterhält.
- Der Strom fällt mit der Zeit ab.
- Wird die erzeugte Spannung durch einen Widerstand belastet,
- dann hängt die Geschwindigkeit, mit der der Strom abfällt, von der Zeitkonstante τ=L/R ab.
- Es können hohe Spannungen auftreten,
- die Bauelemente (Transistoren, MOSFETs, Dioden usw.) gefährden können,
- aber auch zur Erzeugung höherer Spannungen verwendet werden können.
- Es gibt eine Reihe von magnetischen Bauelementen, die Induktivitäten enthalten, z. B.:
- Relais,
- Motoren,
- Elektromagnete.
- Diese magnetischen Bauelemente werden in der Elektronik immer mit Schutzschaltungen betrieben.