Spule an Rechteckspannung

[Johannes]

hallo,
ich schildere euch zunächst einmal die Ausgangssituation.
An einer Schaltung sitzt ein Spannungsgenerator, der eine Rechteckspannung
(Anstiegszeit und Abfallzeit = 0; ideal) mit einer amplitude von 15V liefert
(also +15 und -15 V). Außerdem ist in der Schaltung eine Diode
(Schwellenspannung vernachlässigbar) untergebracht, welche die negativen
Anteiloe der Rechteckspannung unterdrücken soll. Nach der Diode befindet
sich ein Widerstand und eine Spule mit einer mittleren Induktivität. Das ist
der Schaltungsaufbau. Die genaue Bemessung der Teile spielt für mich keine
Rolle, sondern es geht mehr um das Prinzip.

Jetzt zu meinem Problem :
Zu beginn steigt die Rechteckspannung vom Generator her an, sodass innerhalb
der Spule eine gleich große Induktionsspannung induziert wird, um dem Strom
entgegenzuwirken. Die Induktionsspannung sinkt schließlich bis auf null ab
solange die Rechteckspannung noch positiv ist. Fällt jetzt die
Rechteckspannung ab, so induziert dies innerhalb der Spule eine negative
Induktionsspannung, welche dem Abfallen des Stroms entgegenwirkt. Doch
gleichzeitig liegt jetzt eine negative Rechteckspannung an, die zwar auf
Grund der Diode keinen Strom fließen lässt, aber der Induktionsspannung, die
gerade abfällt entgegenwirkt. ---So : Bewirkt dies jetzt -
noch bei negativer Rechteckspannung - in der Induktionsspule eine positive
Spannungsflanke auf Grund der Änderung ???

Was ich mit dem ganzen Aufsatz überhaupt fragen möchte : Besteht ein
Unterscheid zwischen einem speisenden rechteckgenerator, der nur positive
Amplituden erzeugt und an eine Spule übergibt, und einem Spannungsgenerator
bei dem man die negativen Amlituden mit einer Diode wegschneidet ??? Auch
beim letzteren Spannungsgenerator sind ja nur die positiven Amplituden
verwendbar (Diode), da nur hier ein Strom fließen kann. Aber die negativen
Spannugsamplituden könnten ja Induktionsspannungen an der Spule beeinflussen
(ohne das ein Strom fließt, als Widerstand) ???


Ich bin mir sicher das ist eine recht kompliziert formulierte Frage, aber
vielleicht versteht ihr ja zumindest die Frage, und wisst eine schlaue
Antwort.

Vielen Dank mfg Johannes

 

[MaWin]

Johannes <Endres.Johannes@t-online.de> schrieb im Beitrag <bvp1k7$pl9$06$1@news.t-online.com>...

So : Bewirkt dies jetzt -
noch bei negativer Rechteckspannung - in der Induktionsspule eine positive
Spannungsflanke auf Grund der Änderung ???

Der Strom der Spule will weiter fliessen. Es baut sich an der

Spule eine Spannung auf, die beliebig hoch wird, BIS der Strom
weiter fliesst. Die Diode sperrt nur bis zu einer bestimmten
Spannung, dann bricht sie durch. Der Strom fliesst in/aus
deinem Rechteckgenerator.

Ja, es MACHT einen Unterschied, ob etwas -15V oder 0V oder
'offen' ist.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Helmut Sennewald]

"Johannes" <Endres.Johannes@t-online.de> wrote in message
news:bvp1k7$pl9$06$1@news.t-online.com...

hallo,
ich schildere euch zunächst einmal die Ausgangssituation.
An einer Schaltung sitzt ein Spannungsgenerator, der eine Rechteckspannung
(Anstiegszeit und Abfallzeit = 0; ideal) mit einer amplitude von 15V
liefert
(also +15 und -15 V). Außerdem ist in der Schaltung eine Diode
(Schwellenspannung vernachlässigbar) untergebracht, welche die negativen
Anteiloe der Rechteckspannung unterdrücken soll. Nach der Diode befindet
sich ein Widerstand und eine Spule mit einer mittleren Induktivität. Das
ist
der Schaltungsaufbau. Die genaue Bemessung der Teile spielt für mich keine
Rolle, sondern es geht mehr um das Prinzip.

Jetzt zu meinem Problem :
Zu beginn steigt die Rechteckspannung vom Generator her an, sodass
innerhalb
der Spule eine gleich große Induktionsspannung induziert wird, um dem
Strom
entgegenzuwirken. Die Induktionsspannung sinkt schließlich bis auf null ab
solange die Rechteckspannung noch positiv ist. Fällt jetzt die
Rechteckspannung ab, so induziert dies innerhalb der Spule eine negative
Induktionsspannung, welche dem Abfallen des Stroms entgegenwirkt. Doch
gleichzeitig liegt jetzt eine negative Rechteckspannung an, die zwar auf
Grund der Diode keinen Strom fließen lässt, aber der Induktionsspannung,
die
gerade abfällt entgegenwirkt. ---So : Bewirkt dies jetzt -
noch bei negativer Rechteckspannung - in der Induktionsspule eine positive
Spannungsflanke auf Grund der Änderung ???

Was ich mit dem ganzen Aufsatz überhaupt fragen möchte : Besteht ein
Unterscheid zwischen einem speisenden rechteckgenerator, der nur positive
Amplituden erzeugt und an eine Spule übergibt, und einem
Spannungsgenerator
bei dem man die negativen Amlituden mit einer Diode wegschneidet ??? Auch
beim letzteren Spannungsgenerator sind ja nur die positiven Amplituden
verwendbar (Diode), da nur hier ein Strom fließen kann. Aber die negativen
Spannugsamplituden könnten ja Induktionsspannungen an der Spule
beeinflussen
(ohne das ein Strom fließt, als Widerstand) ???


Ich bin mir sicher das ist eine recht kompliziert formulierte Frage, aber
vielleicht versteht ihr ja zumindest die Frage, und wisst eine schlaue
Antwort.

Hallo Johannes,
merk dir doch einfach folgende Regel: Der Strom in einer Spule kann
nicht springen.

Nachdem die +15V eine Weile angelegt waren, hat sich ein Strom
I=(15V-0.7V)/Rspule eingestellt.

Jetzt schaltet der Generator auf -15V.
Damit der Strom aber zunächst weiterfließen kann, wird die Spannung
an der Spule auf -15.7V(-15V-0.7V) springen und so lange auf diesem
Wert bleiben bis der Strom auf 0mA abgefallen ist. Dann springt
auch die Spannung an der Spule auf 0V.

Lade dir doch mal das Simulationsprogramm LTSPICE herunter.
Ich habe dir dazu eine fertige Datei zum Simulieren angehängt.
Du brauchst nur noch diese Datei mit LTSPICE öffnen und
"Run" drücken. Dann kannst du mit dem Cursor durch klicken
in der Schaltung Spannungen und Ströme anzeigen.

Gruß
Helmut



LTSpice gibt es hier: www.linear.com/software ca.4MB
Newsgroup: http://groups.yahoo.com/group/LTspice

Pack das in einen File mit Namen "Spule.asc" .

Version 4
SHEET 1 900 680
WIRE -16 128 -16 80
WIRE -16 80 112 80
WIRE 176 80 256 80
WIRE 256 80 256 128
WIRE 256 208 256 240
WIRE -16 208 -16 240
WIRE 496 128 496 80
WIRE 496 80 752 80
WIRE 752 80 752 128
WIRE 752 208 752 240
WIRE 496 208 496 240
FLAG -16 240 0
FLAG 256 240 0
FLAG 496 240 0
FLAG 752 240 0
FLAG 256 80 VL1
FLAG 752 80 VL2
SYMBOL voltage -16 112 R0
WINDOW 3 -14 170 Left 0
WINDOW 123 0 0 Left 0
WINDOW 39 0 0 Left 0
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value PULSE(-15 15 0 1n 1n 10m 20m)
SYMBOL diode 112 96 R270
WINDOW 0 32 32 VTop 0
WINDOW 3 0 32 VBottom 0
SYMATTR InstName D1
SYMBOL ind 240 112 R0
SYMATTR InstName L1
SYMATTR Value 1
SYMATTR SpiceLine Rser=1k
SYMBOL voltage 496 112 R0
WINDOW 3 -15 172 Left 0
WINDOW 123 0 0 Left 0
WINDOW 39 0 0 Left 0
SYMATTR InstName V2
SYMATTR Value PULSE(0 15 0 1n 1n 10m 20m)
SYMBOL ind 736 112 R0
SYMATTR InstName L2
SYMATTR Value 1
SYMATTR SpiceLine Rser=1k
TEXT -64 24 Left 0 !.tran 100m

 

[Ottmar Ohlemacher]

"Johannes" <Endres.Johannes@t-online.de> äußerte sich wie folgt:

hallo,
ich schildere euch zunächst einmal die Ausgangssituation.
An einer Schaltung sitzt ein Spannungsgenerator, der eine Rechteckspannung
(Anstiegszeit und Abfallzeit = 0; ideal) mit einer amplitude von 15V liefert
(also +15 und -15 V). Außerdem ist in der Schaltung eine Diode
(Schwellenspannung vernachlässigbar) untergebracht, welche die negativen
Anteiloe der Rechteckspannung unterdrücken soll. Nach der Diode befindet
sich ein Widerstand und eine Spule mit einer mittleren Induktivität. Das ist
der Schaltungsaufbau. Die genaue Bemessung der Teile spielt für mich keine
Rolle, sondern es geht mehr um das Prinzip.

Jetzt zu meinem Problem :
Zu beginn steigt die Rechteckspannung vom Generator her an, sodass innerhalb
der Spule eine gleich große Induktionsspannung induziert wird, um dem Strom
entgegenzuwirken. Die Induktionsspannung sinkt schließlich bis auf null ab
solange die Rechteckspannung noch positiv ist. Fällt jetzt die
Rechteckspannung ab, so induziert dies innerhalb der Spule eine negative
Induktionsspannung, welche dem Abfallen des Stroms entgegenwirkt.

Ja. Wenn du die Schwellspannng der Diode vernachlässigst, so wird im
ersten Moment in der Spule eine Spannung von -30V indzuiert. Das ist
die Spannung, die nötig ist, um den Stromfluß aufrecht zu erhalten.

Mit dem Abnehmen der Energie im Magnetfeld der Spule gehen Strom und
und Spannung am Widerstand gegen null wärend die Spannung an der Spule
gegen -15V geht. Mit Erreichen von UR=0 und UL=-15V, ist der Strom
I=0, die Diode Sprerrt und UD springt von 0 (+0,7V) auf -15V, wärend
gleichzeitig die Spannung an der Spule von -15V auf 0V springt.

(Vorausgesetzt natürlich dass die Frequenz so gewählt wird, das sich
das Magnetfeld der Spule vollständig abbauen kann).

Zu Zeiten, das die Eingangsspannung negativ ist passiert nix wegen der
gesperrten Diode und wenn die Eingangsspannung auf +15V springt, wird
sofort in der Spule +15V Gegenspannung induziert, die im gleichen Maße
sinkt, wie der Strom anfängt zu fließen.

Doch
gleichzeitig liegt jetzt eine negative Rechteckspannung an, die zwar auf
Grund der Diode keinen Strom fließen lässt, aber der Induktionsspannung, die
gerade abfällt entgegenwirkt. ---So : Bewirkt dies jetzt -
noch bei negativer Rechteckspannung - in der Induktionsspule eine positive
Spannungsflanke auf Grund der Änderung ???

Ja, und zwar von - 30V an der Spule, damit am R +15V anliegen, damit
der Stromfluß aufrecht erhalten bleibt. Wenn aber der Strom auf null
gesunken, und U an R ebenso null ist, dann springt die U an L von -15V
auf null, weil jetzt die Generatorspannung an der Diode abfällt, die
jetzt sperrt.

Was ich mit dem ganzen Aufsatz überhaupt fragen möchte : Besteht ein
Unterscheid zwischen einem speisenden rechteckgenerator, der nur positive
Amplituden erzeugt und an eine Spule übergibt, und einem Spannungsgenerator
bei dem man die negativen Amlituden mit einer Diode wegschneidet ???

Ja, definitiv. Die Diode schneidet nicht einfach den negativen Impuls
weg weg, sondern der negative Impuls ist solange an der Induktivität
wirksam, wie noch ein Strom fließt. Das mach sich darin bemerkbar, das
die Spannung an L bei der Schaltung mit neg. Impuls und Diode auf -30V
springt, bis - 15V abfällt und dann auf 0V springt, wären wenn es sich
einfach nur um einen Generator handelt, der einfach nur 0V ausgibt
(Ug= 0 V, Ri= 0 Ohm), so wird U an L von -15V auf 0V fallen (statt
von -30V auf -15V und dan auf 0 springen).

Auch
beim letzteren Spannungsgenerator sind ja nur die positiven Amplituden
verwendbar (Diode), da nur hier ein Strom fließen kann. Aber die negativen
Spannugsamplituden könnten ja Induktionsspannungen an der Spule beeinflussen
(ohne das ein Strom fließt, als Widerstand) ???

Wie meinen? Siehe oben!

Ich bin mir sicher das ist eine recht kompliziert formulierte Frage, aber
vielleicht versteht ihr ja zumindest die Frage, und wisst eine schlaue
Antwort.

Ich habe die Frage verstanden und glaube die richtige Antwort gegeben
zu haben.


Ein Tip zum Lösen der Aufgabe ist die konsequente Anwendung der
Kirschhoffschen Maschenregel, die besagt, das die Summe aller
Spannungen in einer Masche gleich Null ist ;-)

Der Unterschied zwischen deine beiden unterschiedlichen Schaltungen
ist der, dass in der "Low"-Phase, solange der Strom aber von dem
Magnetfeld der Spule noch aufrecht erhalten wird der Spannungswert des
Generators sich als Gegeninduktionsspannung bemerkbar macht.

Na ja, meine Antwort ist bestimmt nicht einfacher als deine Frage,
allerdings solltest du jetzt in der Lage sein, selbst auf die Lösung
zu kommen und meine Antwort zu verifizieren.

mfG Ottmar

HTH

mfG Ottmar
--
-ACHTUNG- Das Emailpostfach im Header ist für Spam und wird nicht geleert oder
eingesehen. Wer mich per Mail sicher erreichen will, der muß
"yyyyyyy" in der Adresse gegen "emacher" ersetzen. Danke für Verständnis, aber
257 Spam-Mails an einem Tag waren dann doch etwas zu viel. mfG Ottmar

 

[horst-d.winzler]

Helmut Sennewald wrote:

Hallo Johannes,
merk dir doch einfach folgende Regel: Der Strom in einer Spule kann
nicht springen.

Kann er wirklich nicht springen?

Wenn ich eine induktivität an eine spannungsquelle schalte, fließt kein
strom!
Kein strom fließt in unserem fall aber nur dann, wenn die
selbstinduktionsspannung gleich der quellspannung ist!
Eine selbstinduktionsspannung entsteht jedoch erst dann, wenn strom
GEFLOSSEN IST. Denn das magnetfeld ist ja "gespeicherter" strom.
Woher weiß die spule, das sie im einschaltmoment eine der quellspannung
in betrag und richtung gleiche spannung bereiststellen muß, wenn sie
doch noch kein magnetfeld besitzt? ;-)
--
mfg horst-dieter

 

[Helmut Sennewald]

"horst-d.winzler" <horst.d.winzler@web.de> wrote in message
news:bvqf42$uum$04$1@news.t-online.com...

Helmut Sennewald wrote:

Hallo Johannes,
merk dir doch einfach folgende Regel: Der Strom in einer Spule kann
nicht springen.

Kann er wirklich nicht springen?

Wenn ich eine induktivität an eine spannungsquelle schalte, fließt kein
strom!
Kein strom fließt in unserem fall aber nur dann, wenn die
selbstinduktionsspannung gleich der quellspannung ist!
Eine selbstinduktionsspannung entsteht jedoch erst dann, wenn strom
GEFLOSSEN IST. Denn das magnetfeld ist ja "gespeicherter" strom.
Woher weiß die spule, das sie im einschaltmoment eine der quellspannung
in betrag und richtung gleiche spannung bereiststellen muß, wenn sie
doch noch kein magnetfeld besitzt? ;-)
--

Hallo Horst-Dieter,
hier zeigt sich doch ganz einfach, daß dein Vorstellungs-Modell
an seine Grenze gekommen ist. Entweder mußt du jetzt dein Modell
erweitern oder du glaubst einfach die folgenden zwei Dinge:


1. Der Strom an der Spule kann nich springen. Sehr wohl aber die
mathematische Ableitung di/dt.

2. Die Spannung an der Spule ist proportional der Stromänderungs
geschwindigkeit: Uspule = L * di/dt


Wendet man das an, dann ergibt sich im Moment des Einschaltens
eine Stromansteigsgeschwindigkeit von
di/dt = U/L

Gruß
Helmut

PS: In der Mathematik gibt es viele Dinge die man sich nicht
mehr bildlich vorstellen kann.

 

[Johannes]

Lade dir doch mal das Simulationsprogramm LTSPICE herunter.
Ich habe dir dazu eine fertige Datei zum Simulieren angehängt.
Du brauchst nur noch diese Datei mit LTSPICE öffnen und
"Run" drücken. Dann kannst du mit dem Cursor durch klicken
in der Schaltung Spannungen und Ströme anzeigen.

Pack das in einen File mit Namen "Spule.asc" .

Danke, die Simulation ist echt super, und den theoretischen Hintergrund habe
ich jetzt dank euerer Beiträge auch verstanden. Aber jetzt habe ich ein
neues Problem, das mir bei der Simulation in LTSPICE aufgefallen ist.
Ich habe deinen Schaltungsaufbau benutzt, und nur noch durch einen
Widerstand (100 Ohm) ersetzt und den Widerstand der Spule auf 1 Ohm, und die
Induktivität auf 150m gesetzt. Ich spreche jetzt von der Schaltung bei der
Generator, diode, widerstand, und dann die Spule in genannter Reihenfolge
hintereinandergeschaltet sind. . Nachdem ich mit Run die Simulation
gestartet habe, konnte ich mir super alle Spannungen anzeigen lassen.
Als ich alllerdings die Stromstärken anzeigen ließ, war ich verwirrt.
Die Stromstärken am Generator und am Widerstand waren negativ und die an der
Diode und an der Spule positiv, alle allerdings betragsgleich. Da sich doch
alle Elemente in einer Reihenschaltung befinden, muss doch nicht nur der
Betrag sondern auch die Richtung des Stromes bei allen Teilen übereinstimmen
(einheitlicher Stromfluss, durch alle Teile fließt derselbe Strom, in
dieselbe Richtung!!) !!! Kann man also beim Messen im Programm einen Fehler
machen, gibt es wie bei den Spannungen einen Bezugspunkt, oder hat das
Programm schlichtweg einen Fehler ???

Vielleicht kennt sich ja einer besser wie ich damit aus !

mfg Johannes

 

[Helmut Sennewald]

"Johannes" <Endres.Johannes@t-online.de> wrote in message
news:bvrmna$co3$01$1@news.t-online.com...

Lade dir doch mal das Simulationsprogramm LTSPICE herunter.
Ich habe dir dazu eine fertige Datei zum Simulieren angehängt.
Du brauchst nur noch diese Datei mit LTSPICE öffnen und
"Run" drücken. Dann kannst du mit dem Cursor durch klicken
in der Schaltung Spannungen und Ströme anzeigen.


Pack das in einen File mit Namen "Spule.asc" .

Danke, die Simulation ist echt super, und den theoretischen Hintergrund
habe
ich jetzt dank euerer Beiträge auch verstanden. Aber jetzt habe ich ein
neues Problem, das mir bei der Simulation in LTSPICE aufgefallen ist.
Ich habe deinen Schaltungsaufbau benutzt, und nur noch durch einen
Widerstand (100 Ohm) ersetzt und den Widerstand der Spule auf 1 Ohm, und
die
Induktivität auf 150m gesetzt. Ich spreche jetzt von der Schaltung bei
der
Generator, diode, widerstand, und dann die Spule in genannter Reihenfolge
hintereinandergeschaltet sind. . Nachdem ich mit Run die
Simulation
gestartet habe, konnte ich mir super alle Spannungen anzeigen lassen.
Als ich alllerdings die Stromstärken anzeigen ließ, war ich verwirrt.
Die Stromstärken am Generator und am Widerstand waren negativ und die an
der
Diode und an der Spule positiv, alle allerdings betragsgleich. Da sich
doch
alle Elemente in einer Reihenschaltung befinden, muss doch nicht nur der
Betrag sondern auch die Richtung des Stromes bei allen Teilen
übereinstimmen
(einheitlicher Stromfluss, durch alle Teile fließt derselbe Strom, in
dieselbe Richtung!!) !!! Kann man also beim Messen im Programm einen
Fehler
machen, gibt es wie bei den Spannungen einen Bezugspunkt, oder hat das
Programm schlichtweg einen Fehler ???

Hallo Johannes,
so leicht findet man in LTSPICE keine Fehler mehr.
Nein, das Programm macht hier keinen Fehler. Bei SPICE hat auch
ein Widerstand eine feste Zurordnung von Spannung(spfeil) und
Stromrichtung. Drehe deinen Widerstand um, und dein Strom hat dann
die gleiche Polarität wie der Strom durch Diode.
Ähnlich verhält es sich mit der Spannungsquelle V. Liefert sie aus
dem +Pol Strom, so wird der Strom als negativ angesehen.
Du kannst natürlich -I(V1) plotten.

Jetzt wirst du natürlich fragen, wie kann man das im Schaltplan
erkennen. Darauf gibt es leider nur eine Antwort, nämlich die
Symbole abändern. Z.B. auf der "richtigen" Seite mit einem
kleinen Punkt versehen.

Gruß
Helmut

PS: Werfe bitte auch einmal einen Blick auf den Thread:
"Re:Frage zu LTSPICE" zum Thema Skalierung der Achsen.

 

[horst-d.winzler]

Helmut Sennewald wrote:

"horst-d.winzler" <horst.d.winzler@web.de> wrote in message
news:bvqf42$uum$04$1@news.t-online.com...

Helmut Sennewald wrote:

merk dir doch einfach folgende Regel: Der Strom in einer Spule kann
nicht springen.

Kann er wirklich nicht springen?

Wenn ich eine induktivität an eine spannungsquelle schalte, fließt kein
strom!
Kein strom fließt in unserem fall aber nur dann, wenn die
selbstinduktionsspannung gleich der quellspannung ist!
Eine selbstinduktionsspannung entsteht jedoch erst dann, wenn strom
GEFLOSSEN IST. Denn das magnetfeld ist ja "gespeicherter" strom.
Woher weiß die spule, das sie im einschaltmoment eine der quellspannung
in betrag und richtung gleiche spannung bereiststellen muß, wenn sie
doch noch kein magnetfeld besitzt? ;-)
--

Hallo Horst-Dieter,
hier zeigt sich doch ganz einfach, daß dein Vorstellungs-Modell
an seine Grenze gekommen ist. Entweder mußt du jetzt dein Modell
erweitern oder du glaubst einfach die folgenden zwei Dinge:

Danke für die ausführung Helmut.

Mein problem war es, die anwort einer induktivität auf eine
sprungfunktion verbal zu erläutern.
Randbedingung, math. formelsprache explizit nicht zu benutzen.
Übrigens eine interessante thematik.

BTW ich habe auf die fragestellung kein copy ;-)

PS: In der Mathematik gibt es viele Dinge die man sich nicht
mehr bildlich vorstellen kann.

Das war unter anderem der grund für den ausschluß der math. sprache.
--
mfg horst-dieter