Spole (elektroteknik)

Spoler i forskellige former med og uden ferritkerne ( højfrekvente choker )

I elektroteknik er spoler på den ene side viklinger og snoede varer, der er egnede til at generere eller detektere et magnetfelt . De er elektriske komponenter eller er en del af en enhed, såsom en transformer , et relæ , en elektrisk motor eller en højttaler .

På den anden side er separate spoler induktive passive komponenter, hvis væsentlige egenskab er en defineret induktans . De bruges hovedsageligt inden for signalbehandling til frekvensbestemmende cirkler, f.eks. B. anvendt i LC oscillerende kredsløb , lavpasfiltre , høj pass filtre , band-pass filtre , for signal fase respons korrektion, for interferens undertrykkelse, for strømmen udglatning eller som energilager i switched-mode strømforsyninger og mange andre elektriske og elektroniske apparater. Se også gasspjæld (elektroteknik) .

Spolernes brugsfrekvens er imidlertid meget mindre end for modstande og kondensatorer , da disse ofte er billigere og lettere at fremstille og også kan integreres billigere i elektroniske halvlederkredsløb. I design af elektroniske kredsløb undgås derfor ofte brug af spoler - hvis det overhovedet er muligt - hvis disse kan simuleres med kondensatorer, modstande og aktive komponenter (transistorer), for eksempel ved hjælp af et gyrator -kredsløb.

De fleste spoler består af mindst en vikling af en strømleder af tråd , emaljeret kobbertråd , sølvbelagt kobbertråd eller højfrekvent tråd, der normalt er viklet på en spole ( overtråd ) og hovedsageligt er forsynet med en blød magnetisk kerne. Opviklingsarrangementet og formen, tråddiameteren, viklingen og kernematerialet bestemmer værdien af induktansen og spolens kvalitet .

Desuden er spiralformede lederbaner på printkort, der eventuelt er omgivet af omgivende ferritkerner , "spoler" i betydningen en induktiv passiv komponent. Spolens vendinger skal altid isoleres fra hinanden og fra spolekernen, som ofte er elektrisk ledende, for at forhindre en vikling kort , hvilket ville forringe funktionen af spolen betydeligt. I tilfælde af spoler og transformere med flere lag vendinger eller viklinger lavet af emaljeret kobbertråd, de enkelte lag af vendinger eller viklinger z. B. yderligere isoleret mod spændingsafbrydelse af lakpapir.

Spole som et trykt kredsløb med en ferritkerne

Struktur, komponentbetegnelser

Circuit symbol for spoler tilbage til IEC 617-4 (1983), retten til IEC 617-4 (1996) og DIN EN 60.617-4 (1997)

En spole er en viklet ledning med svingene isoleret fra hinanden. En omgang er en omdrejning inklusive forsyningsledninger. Der er kun heltalsomdrejninger. En spole ( spole ) behøver ikke nødvendigvis at være til stede. Hvis spolen mangler, eller hvis den er lavet af ikke-magnetisk materiale, taler man om luftkernespoler i mekanisk eller elektrisk forstand. Spolelegemet tjener for det meste kun til mekanisk at stabilisere tråden og har i modsætning til spolekernen ingen magnetisk indflydelse.

Spoler fås også i en flad spiralform og med et rektangulært eller andet formet spoletværsnit. Du kan også implementeres som et spirallederspor direkte på et printkort .

Spoler har en vis induktans ; denne induktans kan være deres egentlige formål (f.eks. Choker -spoler , filterspoler ) eller kun en sekundær egenskab (f.eks. Transformere , trækmagneter , relæspoler ).

I elektriske motorer bruges spolerne som en vikling og z. B. i Pupin -spolen omtalt som en oprullet linje .

Ud over sårtråden og spolelegemet har spolen ofte en (spole) kerne indeni (se nedenfor) for at øge induktansen.

Ordet spole angiver designet (se spole (rulle) ).

Induktansen af en spole måles i enheden henry (se henry (enhed) ).

funktionalitet

Den vigtigste egenskab ved spoler er deres induktans . Induktansen skyldes antallet af spolernes omdrejninger, det materiale, der er omsluttet af spolen, og dimensionerne. På grund af den magnetiske forbindelse (fluxforbindelse) af de enkelte viklinger med hinanden på grund af det tætte rumlige arrangement af de enkelte viklinger øges induktiviteten af sårspoler teoretisk med kvadratet af antallet af viklinger. En fordobling af antallet af omdrejninger med de samme geometriske dimensioner firedobler således induktansen. ^[1]

Hvis en elektrisk spænding påføres spolens terminaler, ændres strømmen (som strømmer gennem spændingskilden i dette eksperiment) ikke pludseligt. Med en ideel spole med en induktans på 1 H og en spænding på 1 V er strømmen steget til 1 A efter 1 s. En spænding kan også opstå ved den ohmiske modstand (intern modstand) af en ikke-ideel spole selv eller ved en modstand indsat i spolens kredsløb. Ændringen i strømmen forårsaget af den påførte spænding eller spændingsfaldet standser først, når strømmen ved den interne modstand skaber en tilsvarende modspænding. En kortsluttet ideel spole (sammenlign: superleder ) aflader teoretisk aldrig. Samtidig med strømmen gennem spoletråden dannes et magnetfelt i spolen.

En skiftende magnetisk flux af et eksternt påført magnetfelt genererer en induktionsstrøm ved en (kortsluttet) ledersløjfe og en tilsvarende selvinduktionsspænding i enderne af den åbne elektriske leder. Denne spænding rettes på en sådan måde, at den modvirker dens årsag (strømmen) ( Lenz's regel ). En stigning i ændringshastigheden for den magnetiske flux fører til en stigning i den spænding, der modsætter sig strømmen. Proportionalitetsfaktoren mellem strømmen gennem lederen, der ændrer sig over tid og den resulterende selvinduktionsspænding omtales som induktans.

Ud over den faktiske ønskede induktans har rigtige spoler også andre, generelt uønskede elektriske egenskaber, såsom elektrisk modstand , parasitiske kapacitanser og dermed mindst et elektrisk resonanspunkt (naturlig resonans, parallelt resonanskredsløb) eller, i tilfælde af en spolekerne der øger induktiviteten, en forstyrrende remanens og virvelstrømstab. Alle disse parametre er afhængige af temperatur og arbejdsfrekvens. Deres anvendelse er derfor kun fornuftig op til en komponent-typisk maksimal afbrydelsesfrekvens, hvor en tilstrækkelig induktiv reaktans eller fasevinkel stadig er effektiv i det tilsvarende indsatskredsløb.

Hvis derimod en modstand af høj kvalitet, der består af en lang sår (modstand) ledning, har en særlig lav induktans, vil den mekaniske modstandstrådbærer, f.eks. B. et porcelænsrør med kontaktklip, bifilært sår med en tråd, der løber i den modsatte retning. De modsatte magnetiske strømninger annullerer næsten hinanden. Denne metode bruges f.eks. Til trådbelastningsmodstande til det høje lavfrekvente område op til ca. 100 kHz.

Magnetfelt og strøm

Magnetisk felt af en spole

Følgende motto kan bruges til at bestemme hvilken ende af en spole, der danner en magnetisk nordpol, og hvilken ende der danner en sydpol, når en jævnstrøm strømmer igennem den (den tekniske strømretning , dvs. fra plus- til minuspolen, skal være anvendes som retningen af den strøm ):

Hvis du ser på den ene ende af spolen, og den elektriske strøm strømmer igennem den med uret, dannes der en magnetisk sydpol der.
Hvis du ser på en spoleende, og denne krydses mod uret fra elektricitet, så der opstår en magnetisk nordpol.
Hvis du holder spolens drejninger med din højre hånd på en sådan måde, at fingrene (undtagen tommelfingeren) rettes langs svingene i teknisk strømretning, peger tommelfingeren i retning af spolens magnetiske nordpol .

Inde i en slank spole (længde meget større end diameter) med længde $l$ ${\ displaystyle l}$ $l$ med $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ Vender i hvilken en elektrisk strøm $JEG.$ ${\ displaystyle I}$ $JEG.$ strømmer, skabes magnetfeltet med feltstyrken

H=I\cdot {\frac {n}{l}}

{\ displaystyle H = I \ cdot {\ frac {n} {l}}}

H = I \ cdot {\ frac {n} {l}}

Fluksdensiteten B stammer fra materialekonstanten μ _r , som afhænger af spolekernen (se nedenfor) og magnetfeltkonstanten μ ₀ = 4π · 10 ⁻⁷ H / m

B=\mu _{r}\cdot \mu _{0}\cdot H=\mu _{r}\cdot \mu _{0}\cdot I\cdot {\frac {n}{l}}

{\ displaystyle B = \ mu _ {r} \ cdot \ mu _ {0} \ cdot H = \ mu _ {r} \ cdot \ mu _ {0} \ cdot I \ cdot {\ frac {n} {l }}}

B = \ mu _ {r} \ cdot \ mu _ {0} \ cdot H = \ mu _ {r} \ cdot \ mu _ {0} \ cdot I \ cdot {\ frac {n} {l}}

Spolekerner

Spolekerner har til opgave at øge eller reducere spolens induktans. Stigningen i induktans opnået af en magnetisk kerne fører til en reduktion i antallet af omdrejninger eller lederlængde, der kræves for en bestemt induktansværdi og dermed til en reduktion i den interfererende elektriske modstand af spolen.

Kerner lavet af elektriske ledere som kobber eller aluminium , som reducerer induktansen ved at forskyde feltet, bruges til at indstille ( resonanskredsløb ) spoler i højfrekvensområdet, f.eks. B. bruges i FM -tunere.

Spole med jernkerne

Virvelstrømme i jernblokken (ovenfor) og i laminerede plader (herunder)

Spole med grydekerne

Faste induktorer med farvede ringe.
Ovenfor: 6,8 µH
Mellem: 22 µH
Nedenfor: 2,2 µH

Hvis en jernkerne indsættes i en spole, øger dens ferromagnetiske egenskaber permeabiliteten og dermed også den magnetiske fluxdensitet i spolen. Det betyder, at du klarer dig med betydeligt færre sving og dermed med meget mindre komponentvolumen for at opnå den nødvendige induktans . Over en bestemt materialeafhængig fluxdensitet opstår der imidlertid en forstyrrende mætningsmagnetisering af kernen.

Fordi kernens jern er en elektrisk leder, induceres en uønsket virvelstrøm i det som i en kortslutningsspole, hvorigennem en vekselstrøm strømmer, hvilket opvarmer jernkernen. Denne virvelstrøm kan reduceres, hvis kernen ikke består af et solidt stykke jern, men af en stak jernplader. Disse skal isoleres fra hinanden med lag lak eller (tidligere) papir for at afbryde hvirvelstrømmen.

Ved meget høje frekvenser er spolen fyldt med elektrisk ikke-ledende pulverpressemateriale eller ferrimagnetisk materiale såsom ferrit for at øge induktansen.

Disse magnetiske kernematerialer har typisk en hystereseeffekt (remanens), hvilket fører til elektriske tab, fordi kernen skal ommagnetiseres med hver periode af en vekselstrøm. Derudover resulterer dette i en deformation af den aktuelle kurve med yderligere toppe i hver periode, hvilket er uønsket i nogle applikationer, fordi de øger den harmoniske forvrængning . Tabene forårsaget af virvelstrømme og hysterese kaldes jerntab .

Tændingsadfærden for spoler med en jernkerne er også meget mere kompleks, fordi der, afhængigt af kernens tilstand, inden der tændes, næsten ikke er nogen magnetisering eller en mærkbar magnetisering allerede fungerer som remanens, som enten svarer til den nuværende polaritet eller kan også være modsat, og derefter skal indgangsstrømmen først magnetiseres igen. Disse effekter betyder, at sikringer i ekstreme tilfælde, når en spænding er tændt, reagerer på forhånd på grund af en mulig startstrøm, indtil den nominelle, strømbegrænsende induktans er nået, selvom der faktisk ikke er nogen overbelastningstilfælde. I tilfælde af større induktanser, såsom transformere eller reaktorer med jernkerner, skal der derfor ofte tages særlige forholdsregler i vekselstrømsapplikationer, især ved tilkobling, se f.eks. Transformeromskifterelæer . Selvinduktionsspændinger, der opstår ved frakobling, skal imidlertid også overholdes med hensyn til kredsløbet. I applikationer med lille signal fører hystereseeffekterne kun til en reduceret kvalitet af komponenten i det øjeblik den tændes. Med spoler og især med transformere med højere effekt, startende fra et par watt, forekommer ofte en irriterende akustisk støjgenerering af kernematerialet ofte i lavfrekvensområdet, der omtales som strømnettet . Det er forårsaget af små mekaniske ændringer i kernens størrelse på grund af det ændrede magnetfelt, se magnetostriktion . Denne effekt kan reduceres ved vakuumimprægnering med speciel lak, som samtidig øger den dielektriske styrke mellem forskellige (transformator) spoler.

Elementarmagneterne i jernkernen er på linje med spolens poler. Hvis nordpolen er til venstre, er nordpolerne på de elementære magneter også til venstre. Marklinjerne forlader derfor ved nordpolen og kommer igen ind i spolen ved sydpolen. Inde i spolen løber marklinjerne fra syd til nord. I tilfælde af en langstrakt spole med mange omdrejninger er magnetfeltet indeni homogent; det ligner magnetfeltet mellem benene på en hestesko -magnet. Udenfor ligner spolefeltet det på en stangmagnet.

Kerner i højfrekvente spoler

Normalt bruges en kerne fremstillet af presset magnetisk pulver ( pulverkerne ) eller ferrit til dette formål. Til filtrering af højfrekvent interferens bruges blandt andet toroidspoler eller toroidale kernedrosser.

Afstembare spoler bruger ferritkerner med en tråd; Detaljer findes i afsnittet Justeringsspole .

Højfrekvente spoler

Tværviklet spole lavet af HF litztråd med trimmbar jernpulverkerne til mellembølger

Når frekvensen stiger, forskydes strømningerne i stigende grad til trådens overflade ( hudeffekt ). Trådoverfladen bestemmer derefter i stigende grad kvaliteten af spolen. Fra ca. 100 kHz bruges derfor højfrekvent trådtråd ofte som viklingsmateriale til at reducere tab; den består af flere fine tråde isoleret fra hinanden. Fra omkring 50 MHz er spolerne normalt selvbærende med tykkere ledning. En forsølvet overflade kan også reducere tab. Kerner til højfrekvente spoler består af et ferromagnetisk, elektrisk ikke-ledende materiale. Dette forhindrer hvirvelstrømme i kernen. Designet kan også bruges til at lave en spole, der er velegnet til høje frekvenser ved at reducere parasitære kapacitanser i dem med et stort antal omdrejninger (f.eks. For mellembølgefeltet) ved hjælp af specielle viklingsformer (bikage, kurvbund eller tværviklede spoler) ).

Spoler til oscillatorer

Spoler i oscillatorer eller båndfiltre bør i princippet opretholde deres induktans så præcist som muligt. En lavtemperaturkoefficient, der stadig er til stede, som hovedsageligt er forårsaget af det anvendte kernemateriale, kan næsten fuldstændigt kompenseres af en modsat temperaturkoefficient for resonanskredsløbets kapacitans, der anvendes med passende komponentvalg og dimensionering af delkondensatorerne.

Luftkernespoler kan forårsage frekvensmodulation i tilfælde af vibrationer på grund af de mindste ændringer i induktans. De vikles derfor på en spole, fikseres med lak eller lim eller helt indlejret i voks .

AC adfærd

Faseskift mellem strøm og spænding på grund af induktiv belastning

Forbrugerpilsystem: strøm- og spændingspile peger i samme retning i komponenten

Hvis en AC -spænding påføres en spole, ændrer strømmen og magnetfeltet også deres retning periodisk. Der er en sammenhæng mellem spolestrømmen i (t) tidsforløb og terminalspændingen u (t)

u(t)=L\cdot {\frac {\mathrm {d} i(t)}{\mathrm {d} t}}

{\ displaystyle u (t) = L \ cdot {\ frac {\ mathrm {d} i (t)} {\ mathrm {d} t}}}

u (t) = L \ cdot {\ frac {{\ mathrm {d}} i (t)} {{\ mathrm {d}} t}}

,

hvor t er tiden og L er spolens selvinduktans . Som det er sædvanligt med passive komponenter, er strøm og spænding angivet i forbrugermålerspilsystemet .

Da strømmen kun kan stige eller falde gradvist på grund af energitransporten i magnetfeltet, følger den altid spændingens forløb med en tidsforsinkelse; han er ude af fase . Under ideelle forhold (med ubetydelig lille ohmsk modstand ) fører vekselstrømmen strømmen med 90 °. Der er en inerti i spolen til ændringer i strøm. (Notat: "Med induktiviteter er strømmen forsinket".)

Når strøm strømmer gennem en spole, lagres energi i magnetfeltet:

E_{\mathrm {mag} }={\tfrac {1}{2}}LI^{2}

{\ displaystyle E _ {\ mathrm {mag}} = {\ tfrac {1} {2}} LI ^ {2}}

E _ {{\ mathrm {mag}}} = {\ tfrac {1} {2}} LI ^ {2}

Med hensyn til beregning følger faseskiftet afledningsreglerne for trigonometriske funktioner: For eksempel bliver det en sinusformet strøm

i(t)=I_{0}\cdot \sin(\omega t)

{\ displaystyle i (t) = I_ {0} \ cdot \ sin (\ omega t)}

i (t) = I_ {0} \ cdot \ sin (\ omega t)

imponeret i spolen, skyldes spændingen på spolen fra matematisk afledning

u(t)=L\cdot {\frac {\mathrm {d} i(t)}{\mathrm {d} t}}=\omega L\cdot I_{0}\cdot \cos(\omega t)

{\ displaystyle u (t) = L \ cdot {\ frac {\ mathrm {d} i (t)} {\ mathrm {d} t}} = \ omega L \ cdot I_ {0} \ cdot \ cos (\ omega t)}

u (t) = L \ cdot {\ frac {{\ mathrm {d}} i (t)} {{\ mathrm {d}} t}} = \ omega L \ cdot I_ {0} \ cdot \ cos ( \ omega t)

.

Forholdet mellem maksimal spolespænding og maksimal spolestrøm er med sinusformet excitation

{\frac {U_{0}}{I_{0}}}=\omega L

{\ displaystyle {\ frac {U_ {0}} {I_ {0}}} = \ omega L}

{\ frac {U_ {0}} {I_ {0}}} = \ omega L

.

Spolen kan have en kompleks vekselstrømsmodstand (impedans): ${\underline {Z}}=\mathrm {j} \omega L$ ${\ displaystyle {\ understregning {Z}} = \ mathrm {j} \ omega L}$ $\ understregning {Z} = {\ mathrm {j}} \ omega L$ som i modsætning til en ohmsk modstand ikke omdanner nogen effekt til varme ( effekttab ). Dette skyldes det faktum, at energi absorberes af spolen i en kvart periode og frigives igen i det næste kvartal. Som følge heraf kører energien kun frem og tilbage uden at gøre noget arbejde. Denne særlige form for modstand kaldes reaktans, og strømmen kaldes reaktiv strøm .

For en spole af induktans L og en vekselstrøm med frekvens f beregnes reaktansen

X=\Im {({\underline {Z}})}

{\ displaystyle X = \ Im {({\ understregning {Z}})}}

X = \ Im {(\ understregning {Z})}

til

X=2\pi f\cdot L=\omega \cdot L

{\ displaystyle X = 2 \ pi f \ cdot L = \ omega \ cdot L}

X = 2 \ pi f \ gange L = \ omega \ gange L

med dimensionen [V / A].

\omega =2\pi f

{\ displaystyle \ omega = 2 \ pi f}

\ omega = 2 \ pi f

kaldes vinkelfrekvensen eller cirkulær frekvens .

Reaktansen øges med stigende frekvens, idet den ohmiske trådmodstand forbliver den samme. Derfor har en spole designet til vekselstrøm en meget lavere modstand ved en lige så stor jævnstrøm (f = 0 Hz), da kun trådmodstanden forhindrer strømmen.

Spole ligning

Forholdet mellem selvinduceret spænding og terminal spænding

Areal af en spole med tre omdrejninger

Spoleligningen

u(t)=L\cdot {\frac {\mathrm {d} i(t)}{\mathrm {d} t}}

{\ displaystyle u (t) = L \ cdot {\ frac {\ mathrm {d} i (t)} {\ mathrm {d} t}}}

u (t) = L \ cdot {\ frac {{\ mathrm {d}} i (t)} {{\ mathrm {d}} t}}

.

resulterer kun i den angivne form med kernens lineære materialeadfærd $B=\mu _{0}\mu _{r}H$ ${\ displaystyle B = \ mu _ {0} \ mu _ {r} H}$ $B = \ mu _ {0} \ mu _ {r} H$ og med en ubetydelig lille elektrisk feltstyrke i viklingstråden. Dette vil blive vist i det følgende ved hjælp af loven om induktion og flow.

Induktionsloven lyder generelt: $\oint \limits _{\partial A}{\vec {E}}{\text{d}}{\vec {s}}=-\iint \limits _{A}{\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}}\mathrm {d} {\vec {A}}$ ${\ displaystyle \ oint \ limits _ {\ partial A} {\ vec {E}} {\ text {d}} {\ vec {s}} = - \ iint \ limit _ {A} {\ frac {\ partial {\ vec {B}}} {\ delvis t}} \ mathrm {d} {\ vec {A}}}$ $\ oint \ grænser _ {{\ delvis A}} {\ vec E} {\ tekst {d}} {\ vec s} = - \ iint \ grænser _ {{A}} {\ frac {\ delvis {\ vec B}} {\ delvis t}} {\ mathrm {d}} {\ vec A}$ . I dette tilfælde er den beregnet til en konturlinje i hvile $\partial A$ ${\ displaystyle \ delvis A}$ $\ delvis A$ kan bruges og kan derfor også bruges i specialformen

\oint \limits _{\partial A}{\vec {E}}{\text{d}}{\vec {s}}=-{\frac {\text{d}}{{\text{d}}t}}\iint \limits _{A}{\vec {B}}\mathrm {d} {\vec {A}}

{\ displaystyle \ oint \ limits _ {\ delvis A} {\ vec {E}} {\ tekst {d}} {\ vec {s}} = - {\ frac {\ tekst {d}} {{\ tekst {d}} t}} \ iint \ limit _ {A} {\ vec {B}} \ mathrm {d} {\ vec {A}}}

\ oint \ limit _ {{\ delvis A}} {\ vec E} {\ tekst {d}} {\ vec s} = - {\ frac {{\ tekst {d}}} {{\ tekst {d} } t}} \ iint \ limit _ {{A}} {\ vec B} {\ mathrm {d}} {\ vec A}

noteres.

Som integrationssti vælger vi stien vist i den tilstødende figur med stiplede linjer (der $\partial r$ ${\ displaystyle \ delvis r}$ $\ delvis r$ i stedet for $\partial A$ ${\ displaystyle \ delvis A}$ $\ delvis A$ ). Det tilhørende spoleområde er illustreret i den tilhørende video.

Hvis du tager i betragtning, at den elektriske feltstyrke i lederen er cirka nul, fødes ringintegralet af den elektriske feltstyrke ${\vec {E}}$ ${\ displaystyle {\ vec {E}}}$ ${\ vec {E}}$ udelukkende fra den negative klemmespænding $-u(t)$ ${\ displaystyle -u (t)}$ $-u (t)$ . Det negative tegn stammer fra det faktum, at integrationsvejen krydses i retning af pilens spændingsretning. Derfor:

u(t)={\frac {\text{d}}{{\text{d}}t}}\iint \limits _{A}{\vec {B}}\mathrm {d} {\vec {A}}

{\ displaystyle u (t) = {\ frac {\ text {d}} {{\ text {d}} t}} \ iint \ limit _ {A} {\ vec {B}} \ mathrm {d} { \ vec {A}}}

u (t) = {\ frac {{\ tekst {d}}} {{\ tekst {d}} t}} \ iint \ grænser _ {{A}} {\ vec B} {\ mathrm {d}} {\ vec A}

Med lineær kerneadfærd er den magnetiske flux $\Psi =\iint \limits _{A}{\vec {B}}\mathrm {d} {\vec {A}}$ ${\ displaystyle \ Psi = \ iint \ limit _ {A} {\ vec {B}} \ mathrm {d} {\ vec {A}}}$ $\ Psi = \ iint \ grænser _ {{A}} {\ vec B} {\ mathrm {d}} {\ vec A}$ gennem hele spolen og strømmen $i(t)$ ${\ displaystyle i (t)}$ $det)$ strengt proportional med hinanden, så man har en proportionalitetsfaktor $L.$ ${\ displaystyle L}$ $L.$ (den såkaldte induktans) kan introducere. Følgende gælder derefter:

u(t)={\frac {\text{d}}{{\text{d}}t}}\left(L\cdot i(t)\right)

{\ displaystyle u (t) = {\ frac {\ text {d}} {{\ text {d}} t}} \ venstre (L \ cdot i (t) \ højre)}

u (t) = {\ frac {{\ text {d}}} {{\ tekst {d}} t}} \ venstre (L \ cdot i (t) \ højre)

Hvis kernematerialet ikke ændrer sin adfærd over tid, og dets position forbliver konstant i forhold til sløjferne, er L uafhængig af tid, og man kan også skrive:

u(t)=L\cdot {\frac {\text{d}}{{\text{d}}t}}\left(i(t)\right)

{\ displaystyle u (t) = L \ cdot {\ frac {\ text {d}} {{\ tekst {d}} t}} \ venstre (i (t) \ højre)}

u (t) = L \ cdot {\ frac {{\ tekst {d}}} {{\ tekst {d}} t}} \ venstre (i (t) \ højre)

Parasitiske elementer

Vektordiagram over impedansen Z af en spole

Rigtige spoler viser et fænomen i et vekselstrømskredsløb, som kan forklares ved hjælp af det topologiske vektordiagram. Den ækvivalente ohmiske seriemodstand (ESR), som kan bestemmes som kobbermodstand med jævnstrøm, ser ud til at være højere ved drift af vekselstrøm. Årsagerne hertil er design og materialemæssige yderligere tab (virvelstrøm og magnetiske reverseringstab i kernen, hudeffekt og nærhedseffekt ). De fører til en mindre ændring i strømposens position eller en højere aktiv komponent i det elektriske effekttab, end man kunne forvente på grund af kobbermodstanden.

Tilsyneladende ændres ESR (den reelle del af Z ) i forhold til værdien bestemt med jævnstrøm. Disse parasitkomponenter kan f.eks. Detekteres med en målebro, der er i stand til at måle virkelige og imaginære dele separat.

Ækvivalent kredsløbsdiagram over en spole med en magnetiserbar kerne

I det tilsvarende kredsløbsdiagram for spolen med induktans L kan ESR repræsenteres som et seriekredsløb af kobbermodstanden R _Cu og en frekvensafhængig kernemodstand R _Fe . Kernemodstanden består af virveltabet, hysteresen og eftervirkningskomponenten.

En anden parasitisk effekt er kapacitansen mellem svingene og mellem svingene og forbindelserne. Disse parasitiske kapacitanser i spolen er opsummeret som viklingskapacitans C _P i det ækvivalente kredsløbsdiagram og er parallelle med induktansen. De parasitære kapacitanser påvirker impedansen af en spole betydeligt. Når frekvensen øges fra nul, stiger impedansen i første omgang, som den ville forventes baseret på induktansen. Ved den naturlige resonansfrekvens når den derefter sin maksimale værdi, kun for derefter at falde igen - nu viser spolen kapacitiv adfærd.

Dette fænomen er ugunstigt i filter- og interferensundertrykkelsesapplikationer, hvor det er nødvendigt, at selv meget høje frekvenser stadig svækkes tilstrækkeligt af spolen. Effekten reduceres ved at gøre spolen til et enkelt lag og langstrakt eller tværgående. Fordelingen af flere kamre efter hinanden er også almindelig. I filterapplikationer (f.eks. Liniefiltre ) skal forskellige spoledesign ofte kombineres for at opnå høj induktans på den ene side og lav parasitisk kapacitans på den anden.

Se også: Reaktiv effektkompensation og kompleks AC -beregning

Til- og frakoblingsprocesser med jævnstrøm

Tilslutnings- og afbrydelsesproces på en ægte spole ( R- _ledning = 10 Ω) med "ideel" frihjulsdiode ; ovenfor: selvinduceret spænding, midten: strøm, nedenunder: forsyningsspænding; tidsaksen skaleres i enheder standardiseret til tidskonstanten

Hvis du tilslutter en rigtig (dvs. tabende) spole til en jævnstrøm, tager strøm og spænding følgende kurs over tid:

ved tænding:

i_{\mathrm {L} }(t)=I_{0}\cdot {\biggl (}1-\mathrm {e} ^{-{\frac {t}{\tau }}}{\biggr )}={\frac {U_{0}}{R_{\mathrm {L} }}}\cdot {\biggl (}1-\mathrm {e} ^{-{\frac {t\cdot R_{\mathrm {L} }}{L}}}{\biggr )}

{\ displaystyle i _ {\ mathrm {L}} (t) = I_ {0} \ cdot {\ biggl (} 1- \ mathrm {e} ^ {- {\ frac {t} {\ tau}}} { \ biggr)} = {\ frac {U_ {0}} {R _ {\ mathrm {L}}}} \ cdot {\ biggl (} 1- \ mathrm {e} ^ {- {\ frac {t \ cdot R_ {\ mathrm {L}}} {L}}} {\ biggr)}}

i _ {{{\ mathrm {L}}}} (t) = I_ {0} \ cdot {\ biggl (} 1 - {\ mathrm {e}} ^ {{ - {\ frac {t} {\ tau }}}} {\ biggr)} = {\ frac {U_ {0}} {R _ {{{\ mathrm {L}}}}}} \ cdot {\ biggl (} 1 - {\ mathrm {e} } ^ {{- {\ frac {t \ cdot R _ {{{{\ mathrm {L}}}}} {L}}}} {\ biggr)}

u_{\mathrm {L} }(t)=U_{0}\cdot e^{-{\frac {t}{\tau }}}=U_{0}\cdot e^{-{\frac {t\cdot R_{\mathrm {L} }}{L}}}

{\ displaystyle u _ {\ mathrm {L}} (t) = U_ {0} \ cdot e ^ {- {\ frac {t} {\ tau}}} = U_ {0} \ cdot e ^ {- { \ frac {t \ cdot R _ {\ mathrm {L}}} {L}}}}

{\ displaystyle u _ {\ mathrm {L}} (t) = U_ {0} \ cdot e ^ {- {\ frac {t} {\ tau}}} = U_ {0} \ cdot e ^ {- { \ frac {t \ cdot R _ {\ mathrm {L}}} {L}}}}

ved slukning:

i_{\mathrm {L} }(t)=I_{0}\cdot e^{-{\frac {t}{\tau }}}={\frac {U_{0}}{R_{\mathrm {L} }}}\cdot e^{-{\frac {t\cdot R_{\mathrm {L} }}{L}}}

{\ displaystyle i _ {\ mathrm {L}} (t) = I_ {0} \ cdot e ^ {- {\ frac {t} {\ tau}}} = {\ frac {U_ {0}} {R_ {\ mathrm {L}}}} \ cdot e ^ {- {\ frac {t \ cdot R _ {\ mathrm {L}}} {L}}}}

i _ {{{\ mathrm {L}}}} (t) = I_ {0} \ cdot e ^ {{- {\ frac {t} {\ tau}}}} = {\ frac {U_ {0} } {R _ {{{\ mathrm {L}}}}}} \ cdot e ^ {{- {\ frac {t \ cdot R _ {{{\ mathrm {L}}}}}}} {L}} }}

u_{\mathrm {L} }(t)=-U_{0}\cdot e^{-{\frac {t}{\tau }}}=-U_{0}\cdot e^{-{\frac {t\cdot R_{\mathrm {L} }}{L}}}

{\ displaystyle u _ {\ mathrm {L}} (t) = - U_ {0} \ cdot e ^ { - {\ frac {t} {\ tau}}} = - U_ {0} \ cdot e ^ { - {\ frac {t \ cdot R _ {\ mathrm {L}}} {L}}}}

{\ displaystyle u _ {\ mathrm {L}} (t) = - U_ {0} \ cdot e ^ { - {\ frac {t} {\ tau}}} = - U_ {0} \ cdot e ^ { - {\ frac {t \ cdot R _ {\ mathrm {L}}} {L}}}}

med:

$\tau ={\tfrac {L}{R_{\mathrm {L} }}}$ ${\ displaystyle \ tau = {\ tfrac {L} {R _ {\ mathrm {L}}}}}$ ${\ displaystyle \ tau = {\ tfrac {L} {R _ {\ mathrm {L}}}}}$ ( Tidskonstant )
$L.$ ${\ displaystyle L}$ $L.$ - spolens induktans
$t$ ${\ displaystyle t}$ $t$ - Tid
$R_{\mathrm {L} }$ ${\ displaystyle R _ {\ mathrm {L}}}$ $R _ {{{\ mathrm {L}}}}$ - spolens ohmiske (tråd) modstand
$I_{0}={\tfrac {U_{0}}{R_{\mathrm {L} }}}$ ${\ displaystyle I_ {0} = {\ tfrac {U_ {0}} {R _ {\ mathrm {L}}}}}}$ $I_ {0} = {\ tfrac {U_ {0}} {R _ {{{{\ mathrm {L}}}}}}}$
$U_{0}$ ${\ displaystyle U_ {0}}$ $U_ {0}$ - DC spænding

Dette forhold viser, at strømmen, der strømmer i en spole, ikke kan ændre sig pludseligt. Når man tænder et DC -kredsløb med en spole, forhindrer induktionsspændingen, der modvirker driftsspændingen, en hurtig stigning i strømmen. Dette følger lovene for en eksponentiel funktion . hvis $R_{\mathrm {L} }$ ${\ displaystyle R _ {\ mathrm {L}}}$ $R _ {{{\ mathrm {L}}}}$ antager en høj værdi, vilje $\tau$ ${\ displaystyle \ tau}$ $\dug$ mindre , så den nuværende stigning er til den endelige værdi $I_{0}$ ${\ displaystyle I_ {0}}$ $I_ {0}$ snarere afsluttet.

En pludselig frakobling af spolestrømmen ( $-{\tfrac {\mathrm {d} i}{\mathrm {d} t}}\to \infty$ $-{\tfrac {\mathrm {d} i}{\mathrm {d} t}}\to \infty$ $-{\tfrac {{\mathrm {d}}i}{{\mathrm {d}}t}}\to \infty$ ) ist nicht möglich. In der Realität entsteht beim Versuch, den Strom zu unterbrechen, eine Spannungsspitze umgekehrter Polarität, deren Höhe nur von der parasitären Kapazität der Spule und anderen spannungsbegrenzenden Effekten ( elektrischer Durchbruch , Überschläge, Schaltlichtbogen ) abhängt. Sie können Schäden durch Überspannung verursachen.

Mit Gleichstrom betriebene Spulen werden daher oft durch eine parallelgeschaltete Schutzdiode geschützt, die beim Abschalten des (Speise-)Stroms das Weiterfließen des (Spulen-)Stroms ermöglicht und die in der Spule gespeicherte magnetische Energie

W={\tfrac {1}{2}}L\;I^{2}

W={\tfrac {1}{2}}L\;I^{2}

W={\tfrac {1}{2}}L\;I^{2}

größtenteils im Spulendraht und zu einem kleinen Teil in der Diode in Wärmeenergie umwandelt. Die hohe Spannungsspitze an den Anschlüssen der Spule wird damit verhindert, allerdings dauert es länger , bis der Strom auf geringe Werte abgesunken ist.

Für den Abschaltvorgang mit einer „idealen“ Freilaufdiode gilt:

i(t)=I_{0}\cdot \mathrm {e} ^{-{\frac {t}{\tau }}}

i(t)=I_{0}\cdot \mathrm {e} ^{-{\frac {t}{\tau }}}

i(t)=I_{0}\cdot {\mathrm {e}}^{{-{\frac {t}{\tau }}}}

.

Die Zeitkonstante $\tau$ $\tau$ $\tau$ ist der Quotient aus Induktivität und Drahtwiderstand ${\tfrac {L}{R_{\mathrm {L} }}}$ ${\tfrac {L}{R_{\mathrm {L} }}}$ ${\tfrac {L}{R_{{{\mathrm {L}}}}}}$ , sie kann bei großen Induktivitäten hoher Güte einige Sekunden betragen. Die Zeitkonstante gleicht derjenigen zu Beginn der Einschaltkurve und lässt sich durch eine an den Beginn des Strom-/Zeitverlaufs angelegte Tangente bestimmen, bei der diese den Endwert $I_{0}$ $I_{0}$ $I_{0}$ schneidet. Zu diesem Zeitpunkt $t=\tau$ $t=\tau$ $t=\tau$ beträgt der Wert der Stromanstiegskurve:

i(\tau )=0{,}6321\cdot I_{0}

i(\tau )=0{,}6321\cdot I_{0}

i(\tau )=0{,}6321\cdot I_{0}

.

Die Steilheit der Tangente im Nullpunkt errechnet sich aus:

\tan \alpha =-{\frac {I_{0}}{\tau }}

\tan \alpha =-{\frac {I_{0}}{\tau }}

\tan \alpha =-{\frac {I_{0}}{\tau }}

.

Diese Stromanstiegsgeschwindigkeit ${\tfrac {\mathrm {d} i}{\mathrm {d} t}}$ ${\tfrac {\mathrm {d} i}{\mathrm {d} t}}$ ${\tfrac {{\mathrm d}i}{{\mathrm d}t}}$ (oft angegeben in $\mathrm {\tfrac {A}{\mu s}}$ $\mathrm {\tfrac {A}{\mu s}}$ ${\mathrm {{\tfrac {A}{\mu s}}}}$ ) ist ein wichtiger Wert für eine Vielzahl von Anwendungen, wie Thyristorschalter , Schaltnetzteile , Spannungswandler , Entstörglieder. Hier werden überall Spulen zur Energiespeicherung oder zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit eingesetzt. Der Spulenstrom steigt in der Praxis aufgrund des meist relativ kleinen Realteiles der Spulenimpedanz zu Beginn fast linear mit der Zeit an. Theoretisch würde der Strom durch eine Spule an konstanter Spannung immer weiter steigen, die gespeicherte Energie würde immer schneller (proportional zum Quadrat der Zeit) größer werden. In der Praxis wird die Energie, die in einer Spule gespeichert werden kann, aus folgenden Gründen begrenzt:

Das gegebenenfalls vorhandene Kernmaterial gerät ab einer bestimmten Flussdichte in Sättigung, wodurch die Induktivität stark sinkt (das führt zu einem schnellen und starken Stromanstieg).
Mit steigender Stromstärke durch die Spule fällt am elektrischen Widerstand $R_{\mathrm {L} }$ $R_{\mathrm {L} }$ $R_{{{\mathrm {L}}}}$ des Spulendrahts schließlich die gesamte Spannung ab, der Strom kann sich nicht weiter erhöhen.

Es wird immer mehr elektrische Leistung in Wärmeleistung ( $I^{2}\cdot R_{\mathrm {L} }$ $I^{2}\cdot R_{\mathrm {L} }$ $I^{2}\cdot R_{{{\mathrm {L}}}}$ ) umgewandelt und es droht eine Überhitzung.

Aufgrund ihrer oben beschriebenen Eigenschaften können periodisch geschaltete Spulen zur Erzeugung von hohen Spannungen aus kleinen Spannungen benutzt werden (zum Beispiel: Zündspule , Spannungswandler, Funkeninduktor , Aufwärtswandler und Schaltregler ).

Umgekehrt können sie zur Strombegrenzung in Wechselspannungskreisen ( Vorschaltdrossel , Kommutatordrossel), und zur verlustarmen Herabsetzung von Spannungen ( Abwärtswandler ) und Glättung von Strömen (Siebdrossel) eingesetzt werden.

Bedruckung/Farbcodes

Um die Induktivität einer Spule anzugeben, werden manchmal Farbcodes nach folgenden Schemata verwendet:

Farbcode für Spulen gemäß IEC 62–1974
Farbe		Induktivität in µH			Toleranz
Farbe		1. Ring	2. Ring	3. Ring (Multiplikator)	4. Ring
„keine“	×	—	—	—	±20 %
silber		—	—	1·10 ⁻² = 0,01	±10 %
gold		—	—	1·10 ⁻¹ = 0,1	±5 %
schwarz		0	0	1·10 ⁰ = 1	—
braun		1	1	1·10 ¹ = 10	—
rot		2	2	1·10 ² = 100	—
orange		3	3	1·10 ³ = 1.000	—
gelb		4	4	1·10 ⁴ = 10.000	—
grün		5	5	1·10 ⁵ = 100.000	—
blau		6	6	1·10 ⁶ = 1.000.000	—
violett		7	7	1·10 ⁷ = 10.000.000	—
grau		8	8	1·10 ⁸ = 100.000.000	—
weiß		9	9	1·10 ⁹ = 1.000.000.000	—

Farbcode für Spulen gemäß MIL-C-15305 ^[2]
Farbe	Induktivität in µH			Toleranz
Farbe	1. Ring (breit)	2. bis 4. Ring Ziffer*	5. Ring (Multiplikator)	6. Ring
„keine“	—	—	—	±20 %
silber	Anfang	—	—	±10 %
gold	—	Komma	—	±5 %
schwarz	—	0	10 ⁰	—
braun	—	1	10 ¹	±1 %
rot	—	2	10 ²	±2 %
orange	—	3	10 ³	—
gelb	—	4	10 ⁴	—
grün	—	5	10 ⁵	±0,5 %
blau	—	6	10 ⁶	—
violett	—	7	10 ⁷	—
grau	—	8	10 ⁸	—
weiß	—	9	10 ⁹	—
* Die 3. Ziffer ist optional.

Alternativ wird die Induktivität (vor allem bei höheren Werten) durch eine dreistellige Zahl angegeben. Dabei bedeuten

die ersten beiden Ziffern den Wert in µH
die dritte Ziffer die Anzahl der angehängten Nullen

Beispiel: Der Aufdruck „472“ bedeutet 4700 µH = 4,7 mH.

Fertigung

In der Spulenwickeltechnik haben sich zahlreiche Methoden und Verfahren etabliert zur Herstellung der Spulen. Die wichtigsten sind die Linear-, Flyer- und Nadelwickeltechnik. Die Anlagen für die Spulenwicklungen kosten zwischen 150.000 Euro für einfache Maschinen und gehen bis zu 4 Millionen Euro für Anlagen der Großserienproduktion. ^[3]

Anwendungen

Spulen mit fester Induktivität

Spulen werden ua in Transformatoren , Elektromagneten , Dosierpumpen , Relais , Schaltschützen , elektrodynamischen und elektromagnetischen Lautsprechern , dynamischen Mikrofonen ( Tauchspule ), Tonabnehmern für elektrische Gitarren oder Bässe, Stromwandlern , als Ablenkspule an Fernseh bildröhren , in Galvanometern , Drehspulmesswerken , Dreheisenmesswerken , Elektromotoren , Zündspulen und analoganzeigenden Quarzuhren eingesetzt. In elektronischen Schaltungen kommen sie ua als frequenzbestimmendes Element oder als Drossel (Elektrotechnik) zu Siebungszwecken zum Einsatz.

Gewundene elektrische Leiter in Drahtwiderständen , Wendelantennen , Spiralantennen , Wanderfeldröhren und Glühwendeln werden nicht als Spulen bezeichnet.

Im Kreis verlaufende Luftspulen werden nach dem geometrischen Körper auch als Toroid bezeichnet.

Veränderliche Induktivitäten

Variometer

Kugelvariometer mit Ferritkern

Werden zwei Spulen entweder in Reihen- oder Parallelschaltung elektrisch verschalten und durch eine mechanisch veränderbare Gegeninduktivität magnetisch miteinander gekoppelt entsteht ein Variometer . ^[4] Die Gesamtinduktivität wird dabei durch die Veränderung der magnetischen Kopplung, der Gegeninduktivität, zwischen den beiden im Wert fixen Spulen erzielt. Es gibt verschiedene Ausführungsformen vom Variometer wie das Schiebespulenvariometer, das Drehspulenvariometer und das Kugelvariometer. Anwendung ist unter anderem die Anpassung der Sendeendstufen höherer Leistung an die Sendeantenne bei veränderlicher Betriebsfrequenz durch eine einstellbare Induktivität. In diesem Fall ist das Variometer üblicherweise als Luftspule ohne magnetischen Kern ausgeführt.

Eine weitere Bauform von Variometern beruht auf der Bewegung von magnetischen Kernen im Inneren von Zylinderspulen. Diese Kerne können entweder aus hochpermeablem Material sein (Induktivität erhöht sich beim Hineinbewegen) oder aus gut leitendem Metall (Induktivität verringert sich beim Hineinbewegen durch Feldverdrängung). Die erste Variante wird im Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich eingesetzt, die zweite im UKW-Bereich.

Die Variometerabstimmung ist wegen ihrer höheren mechanischen Stabilität gegen Erschütterungen unempfindlicher und deshalb frequenzstabiler als die Abstimmung per Drehkondensator . Daher wurde sie trotz des höheren Aufwandes von Anfang der 1950er bis in die 1970er Jahre hinein vorwiegend in Autoradios verwendet, wo sie auch eine mechanische Senderspeicherung über mehrere Wahltasten ermöglichte. Das 1952 von Blaupunkt präsentierte erste UKW -Autoradio der Welt, der Auto super A 52 KU ^[5] hatte einen „Self-Service-Drucktastenwähler“ für vier Sender mit Variometerabstimmung und kostete 498 DM, was kaufkraftbereinigt in heutiger Währung 1.280 Euro entspricht.^[6]

Abgleichspule

Zwei Abgleichspulen in einem Fernsehgerät aus dem Jahre 1980. Die Spulen sind etwa 8 mm hoch

Abgleichspulen sind einstellbare Induktivitäten, die zur einmaligen Einstellung (Abgleich) von frequenzbestimmenden Elementen z. B. Schwingkreisen oder Bandpässen vorgesehen sind und in dieser Funktion vergleichbar mit Trimmkondensatoren , die ebenfalls nur zum einmaligen Abgleich verstellt werden.

Durch Hinein- oder Herausdrehen des Spulen- Ferritkerns mit einem amagnetischen Abgleichbesteck wird die erforderliche Induktivität eingestellt und so die gewünschte Resonanzfrequenz des Schwingkreises bzw. die Durchlassbreite ( Bandbreite ) des Bandpasses festgelegt. Wenn eine HF-Spule einen Kern aus Aluminium (oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material) zum Abgleich hat, verringert das Hineindrehen des Kerns die Induktivität. Das kommt daher, dass der Kern wie eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung eines Transformators wirkt. Ein tieferes Hineindrehen bewirkt eine Verdrängung des Magnetfeldes der Spule. Vereinzelt erfolgt der Abgleich auch durch mechanisches Zusammen- oder Auseinanderdrücken der Windungen einer Spule ohne Ferritkern (Luftspule).

Früher wurden Abgleichspulen in allen Bereichen der professionellen Nachrichtentechnik, in vielen elektrischen Messgeräten sowie der Unterhaltungselektronik verwendet. Speziell in der Radio- und Fernsehgerätefabrikation mit ihren großen Stückzahlen erforderte der Geräteabgleich einen hohen personellen und instrumentellen Aufwand in der Endfertigung. Mit dem technischen Fortschritt wurden die einstellbaren Induktivitäten zunehmend von speziellen Schaltungen wie der elektronischen Phasenregelschleife (PLL mit Schwingquarz ) oder dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) ersetzt, die eine hohe elektrische Langzeitkonstanz bieten und daneben auch günstiger zu fertigen sind. Der Abgleich dieser Schaltungen ist stark vereinfacht und wird meist durch digitale (Software-)Lösungen realisiert.

Rollspule

Eine Rollspule wie sie in Anpassgliedern für Sendeantennen eingesetzt wird

Eine Rollspule ist eine elektrische Spule mit einstellbarer Induktivität welche insbesondere im Frequenzbereich von einigen kHz bis zu wenigen MHz und bei höheren Leistungen zur Ankopplung eines Sender im Lang- , Mittel- und Kurzwellenbereich an eine Sendeantenne Anwendung findet. Die Rollspule wird in diesem Anwendungsfall in rein passiv realisierten Anpassungsnetzwerken eingesetzt um die Impedanz des Sendeverstärkers an die Antenne anzupassen. ^[7] Je nach Ausführung können Rollenspulen in Anpassgliedern im Leistungsbereich von einigen 10 W bis zu einigen 100 kW eingesetzt werden.

Es gibt verschiedene Ausführungsformen: Kleinere Rollspulen, welche auch im Amateurfunk beispielsweise Bereich der Kurzwelle verwendet werden, werden meist per Hand justiert. Größere Rollspulene oder Rollspulen welche im laufenden Betrieb öfter verändert werden müssen, verfügen über einen motorischen Antrieb.

Transduktoren

Transduktoren gestatten die Veränderung der Induktivität mittels eines durch eine zweite Wicklung fließenden Gleichstromes. Sie werden auch als Magnetverstärker bezeichnet und beruhen auf derSättigung des Kernes durch die Vormagnetisierung aufgrund des steuernden Gleichstromes. Durch diese verringern sich die Permeabilität des Kernes und damit die Induktivität der Spule.

Bezeichnungen

Spulen unterschiedlicher Bauformen

Wie bei vielen passiven Bauelementen tragen auch Spulen recht viele unterschiedliche Namen, die historisch gewachsen sind und sich auf die Bauform, den Erfinder, die Anwendung oder, das ist eine Besonderheit bei Spulen, als Halbfabrikat auf das damit hergestellte Bauelement zurückführen lassen.

Bauformspezifisch

Bifilarspule (engl.: bifilar coil ) ist eine Spule mit zwei parallelen gegenläufig gewickelten Wicklungen, die z. B. in AB-Gegentakt-NF-Endstufentrafos zur Anwendung kam
Gekoppelte Spule , besteht aus zwei oder mehreren parallelen, häufig identischen Wicklungen auf einem Kern. Sie ähnelt der Bifilarspule, wobei sie anders als diese jedes Ende der parallelen Wicklungen einzeln als Anschluss herausführt, so dass diese gegen- oder gleichläufig (ähnlich wie ein U- bzw. Z- Übertrager ) verschaltet als auch unabhängig belassen werden können. Dabei ist sie darauf optimiert, bei jeder zumeist nicht sinusförmigen Wechselstromhalbwelle Energie kurzfristig zu speichern und wieder abzugeben. Das unterscheidet sie vom Transformator, der auf effiziente und verzögerungsfreie Energieübertragung optimiert ist. Unter anderem kommt sie häufig bei der Ansteuerung von MOSFETs zum Einsatz, um eine ansonsten nicht verfügbare hohe Gatespannung potentialfrei zu generieren. ^[8]
Chipinduktivität , Spule in SMD -Bauform für die Oberflächenmontage
Mikroinduktivität , Spule in besonders kleinen Abmessungen, meist für die automatische Bestückung geeignet
Solenoidspule ist eine Zylinderspule zum Erzeugen eines räumlich möglichst konstanten Magnetfeldes
Schwingspule (engl.: voice coil ) ist die Antriebseinheit eines elektrodynamischen Schallwandlers , wie z. B. die eines Lautsprechers.
Tauchspulen sind in einem stationären Magnetfeld federnd aufgehängte Magnetspulen, die bei Stromdurchfluss durch die Lorentzkraft ausgelenkt werden.
Spiral-Flachspule , Spiralförmig gewickelte Wicklung eines Leiters, Vorbild für Spulen auf gedruckten Schaltungen

Erfindernamen

Barker-Spule ist eine massive Helmholtz-Spule und wird in der Kernspinresonanzspektroskopie (auch NMR-Spektroskopie von engl. nuclear magnetic resonance) verwendet.
Braunbekspule dient in der geomagnetischen Forschung zur Magnetfeldmessung auf Raumfahrzeugen.
Garrettspule wird in Metalldetektoren eingesetzt.
Helmholtzspule ist eine besondere Spulenanordnung zur Erzeugung eines nahezu gleichförmigen Magnetfeldes
Pupinspule (engl. loading coil ) war eine bespulte Leitung im Telefonnetz, bei der zur Verringerung der Dämpfung der hohen NF-Frequenzanteile der Telefonate Spulen eingesetzt wurden.
Maxwellspule ist eine Spule mit einem konstanten Feldgradienten im Innern der Spule, siehe auch Helmholtzspule
Oudinspule (engl. Oudin coil ) ist eine unterbrechende Entladespule zur Erzeugung von Funken mit hohen Frequenzen
Rogowskispule ist eine toroidförmige Luftspule und dient als Bestandteil elektrotechnischer Messgeräte zur Messung von Wechselstrom
Teslaspule ist die mit ihrer Resonanzfrequenz angeregte Sekundärspule eines Tesla-Transformators zur Erzeugung von id R. hochfrequenten Wechselströmen mit sehr hoher Spannung.

Anwendung

Drossel ist ein induktives Bauelement, welches zur Drosselung, Dämpfung und Funkentstörung unerwünschter Frequenzen sowie zur Strombegrenzung oder zur Energiespeicherung eingesetzt wird.
Entmagnetisierungsspule dient zur Entmagnetisierung magnetisierbarer Teile, z. B. Loch- bzw. Schlitzmaske einer Fernseh-Bildröhre.
Single Coil ein einspuliger Tonabnehmer für elektrische Gitarren.
Zündspule oder Induktionsspule, ist ein Bauteil der Zündanlage eines Ottomotors oder einer Gasfeuerungsanlage zur Erzeugung hoher Impulsspannung
Steckspule ist eine Spule auf einem Stecksockel, die durch einfaches Austauschen zur Frequenzbandumschaltung in Rundfunkempfängern und Frequenzmessern dient

Einsatzzweck

Ablenkspule, Lautsprecherspule, Motorspule, Relaisspule, Transformatorspule, Übertragerspule und viele andere mehr sind Halbfabrikate (Wicklungen meist auf einem Wickelträger), die geeignet sind, ein Magnetfeld zu erzeugen oder zu detektieren, und Teil einer technischen Induktivität sind, eines induktiven passiven Bauelementes wie z. B. eines Übertragers oder Transformators , Teil eines elektromechanischen Bauelementes wie zum Beispiel eines Relais , Motors , Lautsprechers , Mikrofons oder Tonabnehmers oder Teil einer Bildröhre ( Ablenkspule ) sind.

Siehe auch

Literatur

Tadeusz Adamowicz: Handbuch der Elektronik, eine umfassende Darstellung für Ingenieure in Forschung, Entwicklung und Praxis (Originaltitel: Poradnik inżyniera , übersetzt von A. Dworak). Franzis, München 1979, ISBN 3-7723-6251-6 .
Der Brockhaus, Naturwissenschaft + Technik. 2003, ISBN 3-7653-1060-3 .
Dieter Sautter, Hans Weinerth: Lexikon Elektronik und Mikroelektronik. VDI, Düsseldorf 1990, ISBN 3-18-400896-7 .
Dieter Nührmann: Werkbuch Elektronik. Franzis, München 1981, ISBN 3-7723-6543-4 .
Otto Zinke , Hans Seither: Widerstände, Kondensatoren, Spulen und ihre Werkstoffe. Springer, Berlin 1982, ISBN 3-540-11334-7 .
Martin Gerhard Wegener: Moderne Rundfunk-Empfangstechnik. Franzis, München 1985, ISBN 3-7723-7911-7 .

Weblinks

Commons : Spule – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wikibooks: Spule als Energiespeicher – einfach erklärt – Lern- und Lehrmaterialien

Wikibooks: Feld einer Zylinderspule – mathematisch erklärt – Lern- und Lehrmaterialien

Anleitung zur Bestimmung der Induktivität einer Spule mit einfachem Messverfahren

Einzelnachweise

↑ Spulen ( Memento vom 24. September 2015 im Internet Archive ) (PDF; 599 kB) Ausführliche Beschreibung der FH Emden
↑ Color code MIL ( Memento vom 4. November 2013 im Internet Archive )
↑ Achim Kampker: Elektromobilproduktion , Springer, 2014, S. 149–154.
↑ Variable Induktivität bis circa 50 µH. Abgerufen am 5. Juni 2021 .
↑ Autoradio-Programm 1952 ( Memento vom 7. April 2014 im Internet Archive ) „Wenn muntere Töne Sie begleiten“
↑ Diese Zahl wurde mit der Vorlage:Inflation ermittelt, auf 10 EUR gerundet und gilt für den zurückliegenden Januar
↑ Graham A. Jones, David H. Layer, Thomas G. Osenkowsky: National Association of Broadcasters Engineering Handbook: NAB Engineering Handbook. CRC Press, 2013.
↑ https://www.elektronikpraxis.vogel.de/gekoppelte-induktivitaeten-sind-oft-die-bessere-wahl-a-800658/

[1] Spulen ( Memento vom 24. September 2015 im Internet Archive ) (PDF; 599 kB) Ausführliche Beschreibung der FH Emden

[2] Color code MIL ( Memento vom 4. November 2013 im Internet Archive )

[3] Achim Kampker: Elektromobilproduktion , Springer, 2014, S. 149–154.

[selref1-4] Variable Induktivität bis circa 50 µH. Abgerufen am 5. Juni 2021 .

[5] Autoradio-Programm 1952 ( Memento vom 7. April 2014 im Internet Archive ) „Wenn muntere Töne Sie begleiten“

[Vorlage-Inflation-6] Diese Zahl wurde mit der Vorlage:Inflation ermittelt, auf 10 EUR gerundet und gilt für den zurückliegenden Januar

[7] Graham A. Jones, David H. Layer, Thomas G. Osenkowsky: National Association of Broadcasters Engineering Handbook: NAB Engineering Handbook. CRC Press, 2013.

[8] ttps://www.elektronikpraxis.vogel.de/gekoppelte-induktivitaeten-sind-oft-die-bessere-wahl-a-800658/

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]