Inductiespoel

Moderator: physicalattraction

Reageer
Berichten: 20

Inductiespoel

Ik poog de werking van een inductiespoel te begrijpen. Mijn bron hiervoor is de engelstalige wikipedia pagina.
 
Wat ik niet begrijp is dat de geinduceerde EMF in de secundaire spoel veel hoger is bij het onderbreken van de stroom door de primaire spoel dan bij het instellen. Dit verondersteld dat de veranderingen in magnetische flux gegenereerd door de primaire spoel verschillen bij in en uitschakelen.  De inductantie van de primaire spoel belet toch in gelijke mate de stroomverandering bij instellen en onderbreken van het circuit.
 
Kan iemand helpen?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.933

Re: Inductiespoel

Bij het inschakelen vertraagt de inductantie inderdaad de opbouw van de stroom.
Maar bij het onderbreken wordt de stroom vrijwel direct nul, mits de onderbreking volkomen is. Als er een onderbreking is dan kan er geen stroom meer lopen.

Berichten: 20

Re: Inductiespoel

Klinkt logisch maar met net die laatste zin heb ik enige moeite. Op het moment dat het primaire circuit onderbroken wordt, zit er energie opgeslagen in de primaire spoel door zelfinductie, deze moet dan toch nog vrij komen in de vorm van ladingsverschuivingen. Over de onderbreking krijgt men dan de opbouw van een electrisch veld (LC circuit). Dit kan zelfs zorgen voor vonkoverslag aan de onderbreker. Om dit te voorkomen plaatst men een condensator over de onderbreker, met een EM oscillator tot gevolg. Dit doet mij besluiten dat er toch nog stroom vloeit ondanks dat het circuit gesloten is. De grootte zal echter sneller veranderen over de tijd (DI/Dt), met grotere magnetische fluxverandering tot gevolg. Ik vraag mij af wat het verschil in DI/Dt verklaart tussen aan en uitzetten.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.933

Re: Inductiespoel

DannyExp schreef: Klinkt logisch maar met net die laatste zin heb ik enige moeite.
Waarom? Als het circuit open is kan er toch geen stroom lopen? Dat is een elektrotechnische wetmatigheid. Je hebt gelijk dat er binnen de primaire spoel een ladingsverschuiving optreedt, en die veroorzaakt een hoge spanning over de spoel, net als in de secundaire spoel.

Berichten: 20

Re: Inductiespoel

Bij het openen van het primaire (gesloten) circuit heeft men een (open) RLC circuit waardoor wel degelijk een stroom vloeit, zij het in alternerende richting (de voorwaarde voor een open circuit). Dit is het principe van een primitief zend- en ontvangstation voor electromagnetisch straling zoals eerst beschreven door Heinrich Hertz.
De energie in het zelfgeinduceerde magnetisch veld van de primaire spoel biedt weerstand aan de verandering in stroom waardoor deze zowel exponentieel zal toenemen als afnemen (de klassieke exponetiele functies van een RL circuit). Mijn vraag van hierboven blijft dus, voorlopig althans, onbeantwoord.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.933

Re: Inductiespoel

Ja, maar de energie van het magneetveld is niet gebonden aan de primaire spoel maar zit ook in de secundaire spoel, en die vindt zijn uitweg in de vonk die ontstaat. Dat is tenminste de bedoeling van het apparaat waar je naar verwijst.
Als deze verklaring je nog niet tevredenstelt, dan moet een ander maar proberen om het beter uit te leggen.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 816

Re: Inductiespoel

DannyExp schreef: Bij het openen van het primaire (gesloten) circuit heeft men een (open) RLC circuit waardoor wel degelijk een stroom vloeit, zij het in alternerende richting 
 
Bij het onderbreken van het circuit zal de spoel m.b.v. de energie in het magnetisch veld de stroom in stand proberen te houden. De stroom draait dus niet in richting om, maar de inductiespanning die wordt opgewekt om die stroom te continueren draait wel in polariteit om.
 
 
DannyExp schreef: De energie in het zelfgeinduceerde magnetisch veld van de primaire spoel biedt weerstand aan de verandering in stroom waardoor deze zowel exponentieel zal toenemen als afnemen (de klassieke exponetiele functies van een RL circuit). 
 
Bij een constante spanning over de spoel neemt de stroom lineair met de tijd toe of af.
De veranderingen in magnetische flux per tijdseenheid gegenereerd door de primaire spoel verschillen bij in- en uitschakelen inderdaad. Bij inschakelen bouwt het magnetische veld zich (lineair met de tijd) geleidelijk op, zoals klazon al meldde.
Bij uitschakelen verdwijnt het veld zo snel als mogelijk is om de energie kwijt te raken (bijv. in de vonk die kan ontstaan). De verandering in magnetische flux per tijdseenheid kan dan vele malen hoger zijn, en daarmee ook de geïnduceerde spanning.
dat wel natuurlijk

Berichten: 20

Re: Inductiespoel

Olof:

Je eerste antwoord lijkt correct naar de wet van Lenz. Als het circuit onderbroken wordt zal het zelfgeinduceerde magnetisch veld van de primaire de stroom proberen onderhouden in gelijke zin. De stroom loopt dan verder in de condensator (Of in het veld over de onderbreker). Eens deze vol zit zal de stroom afnemen. Dan draait de polairteit echter om, en loopt de condensator terug leeg en pompt terug energie in de primaire spoel. Wat de oscillaties geeft in stroom die men met een scoop kan meten.

Je tweede antwoord. Moest dit een klassiek RL circuit zijn kan ik (jou en Klazon) begrijpen dat als je het circuit 'volkomen' onderbreekt, de stroom plots tot nul valt met grote fluxverandering tot gevolg (en energie die opgeslagen blijft in de inductor). 

Er lijkt hier echter meer aan de hand want bij onderbreking zie je dat de energie opgeslagen het zelfgeinduceerde magnetich veld niet in de primaire spoel opgeslagen blijft (of spontaan verdwijnt). Het zoekt nog een uitweg d.m.v ladingsverschuivingen soms met vonkoverslag aan de interupter tot gevolg. Men plaats hiervoor een condensator over de interupter. Het plaatsen van een condensator zal de grootte van Di/Dt toch terug verlagen? 

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 816

Re: Inductiespoel

DannyExp schreef: Je tweede antwoord. Moest dit een klassiek RL circuit zijn kan ik (jou en Klazon) begrijpen dat als je het circuit 'volkomen' onderbreekt, de stroom plots tot nul valt met grote fluxverandering tot gevolg (en energie die opgeslagen blijft in de inductor). 

Er lijkt hier echter meer aan de hand want bij onderbreking zie je dat de energie opgeslagen het zelfgeinduceerde magnetich veld niet in de primaire spoel opgeslagen blijft (of spontaan verdwijnt). Het zoekt nog een uitweg d.m.v ladingsverschuivingen soms met vonkoverslag aan de interupter tot gevolg. Men plaats hiervoor een condensator over de interupter. Het plaatsen van een condensator zal de grootte van Di/Dt toch terug verlagen? 
 
Wanneer in een tijdsbestek van vrijwel nul de stroom in een spoel wordt onderbroken door een halfgeleider, kan er geen vonk optreden en dus kan de energie hier niet heen. In dat geval zal de energie uit het magnetisch veld zich omzetten in een elektrisch veld dat zich vormt in de capaciteit die de draden en aansluitingen vormen. Hierdoor wordt deze capaciteit opgeladen en ontstaat de spanning over de spoel. 
Hoe hoog deze spanning onder deze omstandigheden wordt, hangt af van de stroom en de verhouding zelfinductie en capaciteit
(u = i √L/C).
Door verliezen t.g.v. de spoelweerstand zal bij deze omzetting de spanning al bij de eerste slingering lager uitpakken en bij de volgende slingeringen steeds lager. 
In veel gevallen is dit verschijnsel ongewenst. 
In het geval van gelijkstroom is een diode anti-parallel aan de spoel zeer effectief. Na onderbreking van de stroom door het uitwendige circuit keert de polariteit van de spanning om en gaat de diode in geleiding die de stroom zo overneemt. Nu kan de energie rustig worden afgevoerd in de weerstand van de spoel. De spanning wordt niet hoger dan de voorwaartse spanning over de diode (<1 V).
In het geval van wisselstroom is een weerstand is serie met een condensator parallel aan de spoel of de schakelaar een oplossing. De inductiespanning wordt dan beperkt (zie boven). De weerstand voorkomt een te hoge stroom bij inschakelen.
Bij beide methoden wordt di/dt inderdaad verlaagd.
dat wel natuurlijk

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.933

Re: Inductiespoel

DannyExp schreef: Er lijkt hier echter meer aan de hand want bij onderbreking zie je dat de energie opgeslagen het zelfgeinduceerde magnetich veld niet in de primaire spoel opgeslagen blijft  
Je maakt hier een denkfout door te stellen dat de opgeslagen energie gekoppeld is aan de primaire spoel. Het magneetveld is weliswaar opgebouwd door de stroom in de primaire spoel, maar de energie zit in het magneetveld, niet in de spoel.
Beide spoelen omvatten het magneetveld, dus de opgeslagen energie werkt zowel op de primaire als de secundaire. En zoekt daar een uitweg waar die het makkelijkst is. Dat kan zijn door een vonk over het onderbroken contact, maar het kan ook over de vonkbrug van de secundaire.

Berichten: 20

Re: Inductiespoel

@klazon: Er spelen twee types van magnetisch veld in de primaire (en eigenlijk ook in de secundaire). Een eerste opgewerkt door de elektrische stroom die de magnetisch fluxverandering in de secundaire zal veroorzaken met geinduceerde EMF tot gevolg en tevens de ijzeren kern zal magnetiseren wat de onderbreker aantrekt.
Een tweede is opgewekt door zelf-inductie die de veranderingen in stroom binnen de primaire tracht tegen te werken en bijgevolg tegengesteld is aan de eerste. Deze laatste bevat de energie waarover ik sprak. Overdracht van energie uit het zelfgeinduceerde magnetisch veld van de primaire zou vonkoverdracht eerder tegenwerken in de secundaire omwille van de tegenstelde zin. Anderzijds verklaart dit niet het verschil in di/dt tussen aan en uitzetten want tijdens beide events zou er dan evenveel energie gedeeld worden door beide spoelen als we de redenering doortrekken. 

@olof, ik begrijp je redenering niet volledig omdat ik niet alle terminologie ken die je gebruikt.  

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.933

Re: Inductiespoel

Danny, je weet het allemaal zo goed dat je van mij eigenlijk niks meer kan leren. Ik snap dan ook niet meer waarom je überhaupt dit vraagstuk heb aangekaart.
Ik zal er maar niks meer over zeggen zeker?

Berichten: 20

Re: Inductiespoel

Heb nog eens nagedacht over mijn probleem.
Syllabus diagrammen (1).png
Syllabus diagrammen (1).png (6.04 KiB) 1587 keer bekeken
De denkfout is waarschijnlijk dat ik veronderstel dat alle energie van het zelfgeinduceerde magnetisch veld van de primaire spoel de tijd krijgt om in de condensator te belanden bij onderbreking.

Als het circuit onderbroken wordt zal de stroombron eerst de condensator (capaciteit) beginnen volduwen. De stroom zal hierdoor exponontieel afnemen (tijdsconstante: τc = RC). Zolang deze tijdsconstante kleiner is als die van de exponentiele stroomafname van de inductor (τL = L/R) is di/dt groter bij uitschakelen dan bij inschakelen.

Simpel gezegd moet de condensator sneller volgelopen zijn dan de inductor leeggelopen is zodat de stroom sneller zal stoppen dan bij inschakelen.  

Dus de capaciteit mag niet te laag zijn om geen energie te verliezen in vonkoverslag aan de interrupter en mag niet te groot zijn om een hoge di/dt toe te laten.

Hope it makes sense...

 

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 816

Re: Inductiespoel

DannyExp schreef: De denkfout is waarschijnlijk dat ik veronderstel dat alle energie van het zelfgeinduceerde magnetisch veld van de primaire spoel de tijd krijgt om in de condensator te belanden bij onderbreking.
Dat zou best eens kunnen.
 
Als het circuit onderbroken wordt zal de stroombron eerst de condensator (capaciteit) beginnen volduwen. De stroom zal hierdoor exponontieel afnemen (tijdsconstante: τc = RC). 
Nee, je komt in de buurt maar na openen van de schakelaar ontstaat een LC-kring die in resonantie is op f = 1/(2π√LC). Het stroomverloop krijgt hierdoor een cosinusfunctie waarvan de amplitude exponentieel afneemt t.g.v. de verliezen in R.
 
Zolang deze tijdsconstante kleiner is als die van de exponentiele stroomafname van de inductor (τL = L/R) is di/dt groter bij uitschakelen dan bij inschakelen.
Inderdaad, en daarom: u = i √L/C
 
Simpel gezegd moet de condensator sneller volgelopen zijn dan de inductor leeggelopen is zodat de stroom sneller zal stoppen dan bij inschakelen.  
De inductor loopt in dit voorbeeld even snel 'leeg' als de condensator 'volloopt', maar je bedoelt waarschijnlijk: de periodetijd van de resonantiefrequentie moet (veel) korter zijn dan TL = L/R.
 
Dus de capaciteit mag niet te laag zijn om geen energie te verliezen in vonkoverslag aan de interrupter en mag niet te groot zijn om een hoge di/dt toe te laten.
Inderdaad.

 
dat wel natuurlijk

Berichten: 20

Re: Inductiespoel

 
 
De periodetijd van de resonantiefrequentie moet (veel) korter zijn dan TL = L/R.
Perfect, dit klaart de zaak op.

Bedankt!

Reageer