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Spule an Rechteckspannung

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

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Johannes
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Johannes schrieb im Beitrag ...

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
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Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
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MaWin

liefert

ist

innerhalb

Strom

die

Spannungsgenerator

beeinflussen

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:

formatting link
ca.4MB Newsgroup:
formatting link

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

Reply to
Helmut Sennewald

"Johannes" äußerte sich wie folgt:

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.

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.

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).

Wie meinen? Siehe oben!

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

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"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
Reply to
Ottmar Ohlemacher

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
Reply to
horst-d.winzler

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.

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Helmut Sennewald

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

Reply to
Johannes

habe

die

der

Simulation

der

doch

übereinstimmen

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.

Reply to
Helmut Sennewald

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 ;-)

Das war unter anderem der grund für den ausschluß der math. sprache.

--
mfg horst-dieter
Reply to
horst-d.winzler

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