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Induktivitäten können elektrische Energie speichern


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Induktivitäten

Induktivitäten sind Spulen aus gewickeltem Draht. 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

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Bild 1: Symbole für Induktivitäten
  • Induktivitäten sind Spulen mit aufgewickeltem Draht.
  • Der Draht ist meistens mit Lack isoliert.
  • Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Induktivitäten:
  • 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 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 Teilinduktivitäten sind einfach Wicklungen auf demselben Kern.
  • Die Punkte bei L3 bezeichnen den Anfang der jeweiligen Wicklung.

Werte

Eine Induktivität wird in

  • Henry H angegeben.
  • Oft wird auch 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 oder
  • der Kern seine Wirkung nicht verliert.

Bauformen

Attention >

THT und SMD

Montage von Bauelemente 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.
Induktivitaeten.png
Bild 2: Einige Bauformen von Induktivitäten

In Bild 2 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
  • 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 110V, die in Reihe geschaltet für 220V geeignet sind und
  • zwei Wicklungen für je 12V
  • 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.

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

Deren 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.

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

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 all den Effekten, die unten beschrieben sind.

Verhalten

  • An Gleichspannung nimmt der Strom durch eine Induktivität mit der Zeit zu.
  • Dabei wird elektrische Energie gespeichert.
  • Wenn der Stromfluss unterbrochen wird,
  • hält die Induktivität den Strom kurzzeitig weiter aufrecht.
  • Dabei erzeugt sie eine Spannung.
  • Diese Spannung kann beträchtlich 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, ist der maximale Strom durch den Widerstand durch I^=U/R gegeben. Die Zeit, in der der Strom durch die Induktivität auf 63% es maximalen Stromes I^ angestiegen 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 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
  • Ferritkern
  • Es gibt auch Induktivitäten mit zwei oder mehr gekoppelten Wicklungen
  • auf demselben 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 die Stromzufuhr unterbrochen 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.
  • Dabei können hohe Spannungen auftreten.
  • Diese Spannungen können Bauelemente (Transistoren, MOSFETs, Dioden usw.) gefährden.
  • Diese Spannungen können zur Erzeugung höherer Spannungen verwendet werden.
  • 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.