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Fachbegriffe aus der Elektrotechnik
Was versteht man unter einer Spule?

Ob als Schwingspule zur Schallwandlung in Lautsprechern oder als Spannungswandler in Transformatoren – Spulen sind elektrische Bauelemente, die in vielen Anwendungen zum Einsatz kommen.

Bild 1: Luftspule

Bild 1: Luftspule (Bild: R. Müller/ep)

Elektrisches Bauelement, bestehend aus aufeinander folgenden isolierten Leiterschleifen – den Windungen einer Wicklung – mit der Eigenschaft, magnetische Energie zu speichern.

Allgemeines

Elektrische Spulen (engl. coils) sind frequenzbestimmende Bauelemente. Sie wirken an Gleichspannung wie sehr kleine elektrische Widerstände; an Wechselspannung nimmt der induktive Blindwiderstand XL= 2πf·L (Induktanz) mit steigender Frequenz f zu. Der Blindwiderstand XL einer Spule bewirkt in Wechselstromkreisen eine Phasenverschiebung des Stroms gegenüber der Spannung von 90°. Der Strom eilt der Spannung um 90° nach.

Jede Spule hat neben ihrem Blindwiderstand noch einen meist kleinen Wirkwiderstand. Die elektrische Güte (Qualität) einer Spule ist umso größer, je kleiner der Wirkwiderstand der Spule (Wicklung) im Vergleich zu ihrem Blindwiderstand ist. Spulen mit hoher Güte werden insbesondere in der Hochfrequenztechnik verwendet.

Spulen, die zur Dämpfung von Wechselstromamplituden benutzt werden, heißen Drosseln, bei Verwendung im Hochfrequenzbereich auch HF-Drosseln genannt. Die Drosseln besitzen meist einen Ferritkern, der die magnetische Leitfähigkeit gegenüber Luft stark erhöht.

Induktivität

Spulen (Drosseln) werden mitunter auch „Induktivitäten“ (Festinduktivitäten) genannt. Induktivität und Spule sind jedoch nicht ein und dasselbe. Die Induktivität L (engl. inductance) ist vielmehr das Maß für die Fähigkeit einer Spule oder eines anderen stromdurchflossenen Leiters, die Energie des magnetischen Felds zu speichern. Sie ist die wichtigste physikalische Kenngröße einer Spule oder Drossel. Ebenfalls unkorrekt ist es, Spulen bzw. Drosseln als „Reaktanzen“ (Blindwiderstände) zu bezeichnen. Spulen und Drosseln sind immer etwas Körperliches; der Blindwiderstand als Imaginärteil des komplexen elektrischen Widerstands Z_ist hingegen nicht körperlich.

Die Einheit der Induktivität ist das Henry (H), benannt nach dem nordamerikanischen Physiker Joseph Henry (1797 – 1878). Eine Spule hat eine Induktivität von 1 H, wenn bei einer linearen (gleichförmigen) Stromänderung von 1 A je Sekunde eine Urspannung (Selbstinduktionsspannung) von 1 V induziert wird. Luftspulen (Luftdrosseln) ohne einen die magnetische Leitfähigkeit erhöhenden Ferritkern (s. Bild 1) haben eine vergleichsweise kleine Induktivität. Sie werden wegen ihrer stromunabhängigen Reaktanz vorzugsweise zur Begrenzung von Einschalt­ und Kurzschlussströmen verwendet.

Werden n Spulen hintereinander geschaltet (Reihenschaltung), so addieren sich ihre Induktivitäten:

 

Bei Parallelschaltung von n Spulen gilt:

 

Anwendung

Spulen werden hauptsächlich als Wicklungen in elektrischen Maschinen zur Spannungsinduktion, ferner zum Aufbau von Wicklungen in Drosseln (Drosselspulen) und als Zündspulen zum Erzeugen einer hohen Zündspannung verwendet. In Mikrofonen und Lautsprechern dienen Spulen als Wandler von mechanischer in elektrische Energie bzw. umgekehrt.

Darüber hinaus sind Spulen das bestimmende elektrische Bauelement einer

  • Entstördrossel zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen,
  • Erdschlussdrossel zur Kompensation (Löschung) des kapazitiven Erdschlussstroms,
  • Strombegrenzungsdrossel (Kurzschlussdrossel) zur Herabsetzung des Kurzschlussstroms,
  • Ladestromdrossel zur Kompensation des kapazitiven Ladestroms von leerlaufenden oder schwach belasteten Hochspannungsfreileitungen,
  • Vorschaltdrossel zur Erzeugung der Zündspannung für Entladungslampen und zur Begrenzung des Lampenstroms sowie einer
  • Glättungsdrossel zur Stromglättung in Stromrichterschaltungen

Autor: R. Müller

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