Induktive Bauelemente
(22 058)Schnelle Veränderungen der Stromstärke sind ein äußerst gefährliches Phänomen, das die Platine des elektronischen Systems beschädigen kann. Um effektiv vor elektrischen Stromstörungen zu schützen, werden induktive Drosseln verwendet. Daher sind sie ein äußerst wichtiges Element elektrotechnischer und elektronischer Systeme, das jeder Branchenspezialist kennen sollte.
Aufbau der Drossel
Trotz der sehr verantwortungsvollen Funktion von Drosseln ist ihr Aufbau äußerst einfach. Ein spiralförmig geformter Draht geeigneter Dicke ist das Grundelement der Struktur. Die gängigste Lösung besteht darin, die Spirale auf einen Kern aus einem ferromagnetischen Material mit starken magnetischen Eigenschaften (z.B. Kobalt, Nickel oder allgemein verwendetes Eisen) zu wickeln. Eine andere, weniger häufig verwendete Konstruktion ist die kernlose Drossel, also die Spirale ist mit Luft gefüllt. Nachteilig bei letzterer Lösung ist jedoch die notwendige Verstärkung des Wickeldrahtes zum Schutz vor Selbstverformung sowie die geringere Induktivität im Vergleich zuDrosseln mit Kernen (bei gleicher Windungszahl). Durch die Verwendung des Kerns kann man zusätzlich die Induktivität der Drossel, anpassen, indem man ihre Position relativ zu den umgebenden Spulen verändert. Je nach Einsatzbedingungen und Anwendung gibt es Ausführungen mit geschlossenem Magnetkreis – die sogenannten abgeschirmten Drosseln und Drosseln mit offenem Magnetkreis.
Der Zweck und die Montageart erfordern die Verwendung verschiedener Arten von passiven Elementen mit verschiedenen Formen und Wickelarten des Drahtes. Nachfolgend sind die gängigsten Drosselarten aufgeführt:
- SMD-Drosseln ;
- THT-Drosseln;
- ZMS-Kompensationsdrosseln.
Wie funktioniert eine Drossel?
Die Drossel verhindert plötzliche Änderungen der Stromstärke durch das um den sich unter Spannung befindenden Leiter erzeugte Magnetfeld. Im Zeitpunkt einer schnellen Änderung des fließenden elektrischen Stroms ändert sich auch das Magnetfeld, was in Form von Rückströmen das unerwünschte Phänomen beseitigt. Die sogenannte Drosselung des Stroms wird als Selbstinduktion bezeichnet und nimmt proportional zu den Änderungen des fließenden Stroms zu.
Der wichtigste Parameter der Drossel ist ihre Induktivität, die tatsächlich von der Fähigkeit spricht, ein magnetisches Feld zu generieren, das einen Rückstrom erzeugt. Um die entsprechende Auswahl zu treffen, sollte man auchden Drosselwiderstand und den zulässigen Betriebsstrom berücksichtigen. Ein weiterer Parameter, der die Eigenschaften der Spule beschreibt, ist die Güte. Sie bestimmt die Fähigkeit, Strömungen mit Frequenzen zu drosseln, die von der Resonanz-Eigenfrequenz abweichen.
Die Einheit, die eine Spule charakterisiert, ist Henry [H]. Sie besagt, dass eine Stromänderung von 1 Ampere pro Sekunde eine Spannung von 1 Volt induziert.
Die Erhöhung der Induktivität der Spule kann beeinflusst werden durch:
- Erhöhung der Anzahl der Windungen und ihrer Oberfläche;
- Auswahl eines geeigneten Materials mit hoher relativer Permeabilität für die Kernstruktur;
- Verringerung ihrer Länge.
Anwendung von Drosseln und ihre Funktion
Geräte, die die besprochenen Induktionselemente verwenden, umgeben uns auf jedem Schritt. Daher lohnt es sich zu wissen, wo wir sie finden können. Hier sind einige Beispiele:
- Antriebssysteme mit Wechselrichtern - Filterung von Störungen, die sich aus der Motordrehzahlregelung unter Verwendung eines Frequenzumrichters ergeben;
- Alle Arten von Lautsprechern - eine Anti-Interferenz-Drossel verbessert die akustischen Eigenschaften des erzeugten Tons erheblich;
- Kapazitive Batterien - eine Drossel als Schutzelemente für Kondensatoren.
Klassische Spule und Drossel – grundlegende Unterschiede
Drosseln gehören zur Gruppe der Induktionsspulen. Aus diesem Grund werden die Begriffe Drossel und Spule synonym verwendet. An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, dass nicht jede Spule eine Drossel ist. Diese Elemente unterscheiden sich vor allem in ihrer Verwendung im elektrischen System. Die Drossel ist nur eine Spule, deren Aufgabe es ist, das unerwünschte Phänomen der Änderung der Stromstärke zu verhindern. Eine andere Verwendung einer Spule (z.B. in Elektromagneten als Anziehungsquelle für Metallelemente) führt dazu, dass dieses Element nicht in die Gruppe der Drosseln eingeordnet werden kann.
Leistungsverluste in den Spulen
Der Hauptgrund für die Leistungsverluste in den Spulen ist der Widerstand des Wickeldrahtes. Dadurch erwärmt sich die Spule und die magnetischen Eigenschaften des Kerns ändern sich. Besonders gefährlich ist es bei hohen Strömen, da das die elektronischen Komponenten beschädigen und damit zum Ausfall des gesamten Systems führen kann.
Ein weiteres wichtiges Detail ist die Genauigkeit der Spulenstruktur. Die Sorgfalt beim Wickeln des Drahtes oder die geeigneten Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Windungen haben einen grundlegenden Einfluss auf die Qualität des Magnetfelds. Seine Streuung ist ein messbarer Effizienzverlust der Drossel. Es ist erwähnenswert, dass eine schlecht verarbeitete Spule zusätzliche Wärme erzeugen kann, was das Risiko einer Überhitzung des oben beschriebenen Stromkreises erhöht.
Auch die Qualität des Kerns selbst hat großen Einfluss auf die Leistungsverluste. Seine ungleichmäßige Ausführung kann zu großen Abweichungen der tatsächlichen Parameter gegenüber den Nennwerten führen.
Drosseln – die richtige Auswahl
Zusammenfassend werden Drosseln in Geräten eingesetzt, die eine Unterdrückung von Stromsprüngen, eine Signalfilterung oder einen Schutz vor Überlastungen durch Oberschwingungsströme erfordern. Aufgrund des sehr breiten Anwendungsbereiches und der Parameter, die für jede Spule spezifisch sind, sollte der Auswahl des geeigneten Schaltungselements besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Nur eine Drossel mit entsprechender Induktivität und ausgelegt für eine bestimmte Stromstärke kann die ihr gestellten Anforderungen erfüllen. Daher sollte sich die Auswahl solch wichtiger Elemente einer elektronischen Schaltung nicht allein nach wirtschaftlichen Aspekten richten. Es lohnt sich, ein Sortiment bewährter Hersteller zu wählen, das den Qualitätsansprüchen gerecht wird und einen dauerhaft störungsfreien Betrieb ermöglicht.
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