RLC Reihenschaltung & Selbstinduktion

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Autor
RLC Reihenschaltung & Selbstinduktion

    







BID = 774812

Elektromatiker

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Beiträge: 77
Wohnort: Stuttgart
 

  


Hallo,

ich kaue irgendwie am Thema Selbstinduktion. In der Hoffnung es mir durch Praxis verständlich zu machen habe ich ein wenig gebastelt und parallel gerechnet, aber ich komme nicht wirklich auf einen grünen Zweig.

Grundsätzlich mein Verständnis bisher:
Lege ich eine Wechselspannung an eine Spule, produziert die Spule eine eigene Spannung die dieser entgegenwirkt.

Zu meinem Aufbau:
Wie gesagt, R-L-C in Reihe an Netzspannung. (Die Schaltung ist komplett inkl. Messgerät verkabelt und ich trete einen Schritt zurück bevor ich den Stecker einsteck, bitte keine Kommentare zur etwaigen Gefährlichkeit.)
Die Bauteilwerte sind 200Ohm, 2mH und 1µF.

Die komplexe Impedanz sollte sein Z = 200-j3455.4 Ohm.
Setze ich die Spannung als reell, ergibt sich für den komplexen Strom I = 3.8+j66.3 mA, bzw als Zeiger î=0.066A mit Winkel 86.7°.

Wenn ich i(t) = î*sin(100pi*t) für die Schaltung ansetze, ist an der Spule u(t) = L*di/dt = î*100pi*L*cos(100pi*t) mit Scheitelwert û = î*100pi*L = 0.041V oder effektiv û/sqrt2 = 0.029V
Das sollte sein, was die Spule selbst induziert.

Von der Quelle sollte an der Spule anliegen U = U0 * ZL/Zges = 230V * (0.84+j*100pi*0.002)/(200-j*3455.4) = 0.069V

Wenn die Selbstinduktionsspannung der Quellspannung entgegengerichtet ist, muss ich sie voneinander abziehen, d.h. es müssten an der Spule übrig bleiben 0.04V
Es werden allerdings 0.059V gemessen, was ja schon eine Abweichung von 50% ist. Jetzt meine Frage: Ist mein grundsätzliches Verständnis der Sache falsch, oder wo liegt sonst das Problem?
Den ohmschen Widerstand von 0.84 Ohm der Spule habe ich angesichts des sowieso vorhandenen 200 Ohm Widerstands nicht betrachtet - oder kommt der irgendwo anders noch zum tragen?

MfG, der Elektromatiker.

BID = 774813

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
Die komplexe Impedanz sollte sein Z = 200-j3455.4 Ohm.
Das ist schon falsch. |Z| ist 3189 Ohm.
Somit fliessen bei 230V 72,1 mA und die Spannung an der Induktivität beträgt 0,628 Ohm* 72,1mA= 45,3mV.


Zitat :
Den ohmschen Widerstand von 0.84 Ohm der Spule habe ich angesichts des sowieso vorhandenen 200 Ohm Widerstands nicht betrachte
Das solltest du aber, denn der induktive Widerstand beträgt auch nur 0,63 Ohm.
An diesen 0,84 Ohm fallen 60,6mV ab, die sich geometrisch zu den obigen 45,3mV addieren und deshalb sollte man an der Spule 75,6mV messen können.

BID = 774815

Offroad GTI

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Beiträge: 12836
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Die Bauteilwerte sind 200Ohm, 2mH und 1µF.

Die komplexe Impedanz sollte sein Z = 200-j3455.4 Ohm.

Wie Perl schon sagte, stimmt das nicht ganz. Richtig wäre: Z=(200-j3182,47)Ohm

Irgendwie finde ich deine Versuchschaltung aber nicht gerade ideal, weil fast die gesamte Spannung über dem Kondensator abfallt.
Kannst du mit deinem Messgerät überhaupt sicher zwischen 3mV~ und 4mV~ unterscheiden?


MfG Mathias

BID = 774829

Elektromatiker

Gelegenheitsposter



Beiträge: 77
Wohnort: Stuttgart

Tatsache, irgendwo muss sich bei der Impedanz ein Tippfehler am Taschenrechner eingeschlichen haben. Komme nämlich im Gleichen Ansatz jetzt auch auf die 200-j3182,47 Ohm.

Ich werde das ganze nachher nochmal inkl Spulenwiderstand nachrechnen und meine Ergebnisse posten Mal sehen ob das dann eher passt.

Zu meinem Messgerät:
Ich lege nicht die Hand dafür ins Feuer, aber bisher hats mich eigentlich noch nicht enttäuscht. Der feinste Messbereich hat eine Auflösung von 0.01mV, wie hoch die Absolutgenauigkeit da ist weiß ich aber nicht - vermutlich nicht allzu hoch, da es nicht allzu teuer war.
Meine anderen theoretisch/praktischen Experimente haben bisher aber immer bis zur ersten Dezimale gepasst, von daher denke ich das wird schon in Ordnung sein.
Was mich gewundert hat ist, dass es auch phasenverschobene Sachen korrekt misst, ist das normal? Ich dachte da würde es Probleme geben und mir würde nur der Realteil gezeigt oder so. Also dass ich dafür eher ein Gerät in Richtung True RMS oder sowas bräuchte..

Und ja, die Anordnung ist nicht wirklich ideal, aber meine Auswahl an Netzspannungsfesten Kondensatoren ist extrem begrenzt. Selbst diese sinds eigentlich nicht, es sind 250V Typen von denen ich 4 in Reihe/Parallel geschaltet habe, dass sich die Spannungsfestigkeit verdoppelt bei gleicher Kapazität.
Und die Spule ist grad meine einzige mit bekannten Eckdaten, da ich kein Messgerät für Induktivitäten habe..

MfG, der Elektromatiker.

BID = 774839

Offroad GTI

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Beiträge: 12836
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Der feinste Messbereich hat eine Auflösung von 0.01mV
Das sagt leider nichts über die Genauigkeit aus. Schau doch mal in die Bedienungsanleitung, da sollte dann 1. drin stehen wie hoch die Messgenauigkeit ist und 2. wie hoch die Anzeigegenauigkeit ist.

Bsp: 2V +-1% +-2Digit


Zitat :
Was mich gewundert hat ist, dass es auch phasenverschobene Sachen korrekt misst, ist das normal?
Das ist vielleicht etwas unglücklich formuliert, aber Ja.
Es misst immer den Effektivwert (woher sollte es auch wissen, dass die Spannung Phasenverschoben ist - dies ändert ja an deren Betrag nichts)

Mit einem TrueRMS misst du an 50Hz Wechselspannung auch nichts anderes, weil die normalen Multimeter genau auf 50Hz kalibriert sind.



MfG Mathias

BID = 774847

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Ich dachte da würde es Probleme geben
Die gibt es ja auch.
Wie ich vorgerechnet habe, sollten an der Spule ja 75mV zu messen sein, während du nur 59mV gemessen hast.
Wahrscheinlich liegt das daran, dass du den ohmschen Widerstand nicht sorgfältig genug bestimmt hast, er wird deutlich kleiner als 0,84 Ohm sein.

Die systematischen Fehler, die sich aus dem Oberwellengehalt der Netzspannung und dem Betrieb der Drossel weit unter ihrem Nennstrom ergeben, sollten nämlich eher eine noch höhere Meßspannung bewirken.

BID = 774850

Elektromatiker

Gelegenheitsposter



Beiträge: 77
Wohnort: Stuttgart

So, ich habe nochmal gerechnet. Mir ist aufgefallen, woher der Impedanzunterschied kam, ich habe die Kapazität ausgemessen und mit diesem Wert gerechnet.

Die ausgemessenen Werte sind:
U0 = 227.8 V
R = 197,3 Ohm
C = 9.2x10^-7 F
L = 0.002 H (aufgedruckt)
RL = 0.84 Ohm (aufgedruckt, mein Messgerät misst so tief nicht)

-Die Gesamtimpedanz ist hier Z = 198.1 - j3459.3 Ohm
-Der Gesamtstrom Ig = 3.76 + j65.6 mA, î = 65.7 mA
-Mit i(t) = î*sin(100pi*t) (darf man diese Annahme überhaupt einfach so machen?) ist di/dt = î*100pi*cos(100pi*t)
-Dann ist uL_ind(t) = L*di/dt mit Scheitelwert ûL_ind = 41.3 mV

Mit Spannungsteiler rechne ich den Netzanteil aus:
-|uL + uRL| = 68.9 mV
-|uL| = 41.3 mV
-|uRL| = 55.1 mV

Jetzt fällt mir auf, |uL| mit dem Spannungsteiler und der Spulenimpedanz ausgerechnet entspricht genau dem, was ich darüber ausgerechnet hab.
Dazu meine erste Frage: Habe ich hier auf verschiedenen Wegen genau das gleiche ausgerechnet, oder muss das so sein?

Wenn ihcj etzt jedenfalls meinem Gedanken weiter folge, dass die induzierte Spannung der induzierenden entgegenwirkt, müssten diese beiden sich ja aufheben.
Zu messen wäre dann nur noch |uRL| was 55.1mV entspricht. Der tatsächliche Messwert von 59,8mV bestätigt mir diesen Gedanken halbwegs.

Ist das Zufall, dass es so passt, oder ist es jetzt korrekt gedacht?
So langsam sollte ich irgendwie ein Gefühl dafür bekommen, stehe einen guten Monat vor der Prüfung

MfG, der Elektromatiker

Ahja an perl:
Für was für einen Strom die Spule ausgelegt ist weiß ich nicht. Es ist eine Spule für Tontechnikanwendungen, die angeblich eine recht hohe Güte haben soll.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Elektromatiker am  9 Jul 2011 14:34 ]

BID = 774912

Offroad GTI

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Beiträge: 12836
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Wenn ihcj etzt jedenfalls meinem Gedanken weiter folge, dass die induzierte Spannung der induzierenden entgegenwirkt, müssten diese beiden sich ja aufheben.
Zu messen wäre dann nur noch |uRL| was 55.1mV entspricht. Der tatsächliche Messwert von 59,8mV bestätigt mir diesen Gedanken halbwegs.

So ist es aber nicht. Du kannst nur den gesamten (komplexen) Spannungsabfall über der Spule messen (und nicht Real- und Imaginärteil extra).



MfG Mathias


BID = 774919

Elektromatiker

Gelegenheitsposter



Beiträge: 77
Wohnort: Stuttgart

Kann mir denn jemand sagen, ob wenigstens das Denkprinzip stimmt?
Und wenn nicht, wie man sich es sonst vorzustellen hat, mal außerhalb der ganzen Rechnerei hier.
Weil mein Problem ist durch eine Spule fließt ein Strom, damit kann man rechnen was induziert wird. Aber dieser Strom kommt ja nicht von ungefähr, sondern auch von einer externen Spannung, womit ich dann zwei Spannungen habe die sich irgendwie überlagern müssen.


Dass ich nur den gesamten Spannungsabfall messen kann, ist mir klar.
Aberi ch habe hier ja mittels Quellenüberlagerung nur Beträge verrechnet.

Die Spule sei eine Blackbox in der sich eine ideale Spule und ein ohmscher Widerstand befinden.
Auf der idealen Spule fällt durch den induktiven Widerstand eine Teilspannung von der Netzspannung ab. Gleichzeitig wird an dieser Stelle eine meiner Rechnung zu Folge gleich große Gegenspannung induziert, d.h. an der idealen Spule wäre ein Abfall von genau 0.
Was ich dann noch von außen an der Blackbox messe ist der Spannungsabfall auf dem ohmschen Widerstand, so meine aktuelle Ausführung. Das entspricht dem Messergebniss wie beschrieben auf 4mV.

MfG, der Elektromatiker.

BID = 774922

der mit den kurzen Armen

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Beiträge: 17437

nein da hast du einen Denkfehler
Bei einer Spule entsteht nur eine Selbstinduktivität wenn sich der Strom ändert, was eine Änderung des Magnetfeldes hervorruft. Was du bei einer echten Spule misst ist der Scheinwiderstand und der setzt sich aus dem realem R und dem Scheinwiderstand (und der ist Frequenz abhängig) zusammen.
Bei Gleichspannung hast du aber nur im Einschalt und im Ausschaltmoment eine Stromänderung, und damit eine Selbstinduktivität.

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Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

BID = 774923

DonComi

Inventar



Beiträge: 8604
Wohnort: Amerika

Warte auf die Vorlesung mit dem Titel "elektrische Messtechnik" oder so ähnlich.

Ansonsten wäre ein Teil der Messtheorie vorher im physikalischen Labor besprochen worden: vergiss deine Millivolt, so genau ist das Gerät nicht!


Wer misst, misst Mist!
Davon ab: deine Messspielereien sind lebensgefährlich!

Habt ihr keinen Funktionsgenerator in der Uni?

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BID = 774930

Elektromatiker

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Beiträge: 77
Wohnort: Stuttgart


Zitat :
der mit den kurzen Armen hat am  9 Jul 2011 21:01 geschrieben :

nein da hast du einen Denkfehler
Bei einer Spule entsteht nur eine Selbstinduktivität wenn sich der Strom ändert, was eine Änderung des Magnetfeldes hervorruft. Was du bei einer echten Spule misst ist der Scheinwiderstand und der setzt sich aus dem realem R und dem Scheinwiderstand (und der ist Frequenz abhängig) zusammen.
Bei Gleichspannung hast du aber nur im Einschalt und im Ausschaltmoment eine Stromänderung, und damit eine Selbstinduktivität.

Das ganze findet doch statt an Wechselspannung (?)



Zitat :
DonComi hat am  9 Jul 2011 21:07 geschrieben :

Warte auf die Vorlesung mit dem Titel "elektrische Messtechnik" oder so ähnlich.

Nützt mir nichts, muss das jetzt verstehen, weil ich demnächst ne Prüfung drüber schrieben muss


Zitat :
DonComi hat am  9 Jul 2011 21:07 geschrieben :

Ansonsten wäre ein Teil der Messtheorie vorher im physikalischen Labor besprochen worden: vergiss deine Millivolt, so genau ist das Gerät nicht!

Das ist mir klar, dass die Genauigkeit nicht so hoch ist, allerdings habe ich z.B. schon gemischte Kondensator-/Widerstandsnetzwerke in der gleichen Größenordnung korrekt ausgerechnet und ausgemessen.
Also ich hab Vertrauen in das Teil.

Mein einziges Problem ist, dass es noch niemand weder in Person noch in Form eines Buches geschafft hat, mir Selbstinduktion an Spulen prägnant und verständlich zu erklären.

MfG, der Elektromatiker

BID = 774932

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17437

hmm dann überlege mal wie das zusammenpasst
wenn ein veränderlicher Strom in einem Leiter ein veränderliches Magnetfeld erzeugt
und sich ein Leiter in einem veränderlichen Magnetfeld befindet wird eine Spannung induziert
in beiden Fällen handelt es sich um den selben Leiter.
Wie sieht dann das resultierende Magnetfeld aus und wie verhalten sich die Spannungen und die Ströme und wie wirkt sich das auf das resultierende Magnetfeld aus ?

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BID = 774953

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Es ist eine Spule für Tontechnikanwendungen, die angeblich eine recht hohe Güte haben soll.
Dann stimmen die Werte für Induktivität und Widerstand wahrscheinlich doch.
Ich hatte die Vermutung, daß du eine Enstördrossel verwendet hast. Diese haben ähnliche Induktivitätswerte, aber ein Wicklungswiderstand von fast 1 Ohm wäre in vielen Fällen nicht mehr akzeptabel.
Aber du hast ja nun nachträglich gesagt, daß die Kapazität um etwa 8% zu klein ist. Demzufolge ist auch der Strom um diesen Wert geringer und natürlich auch die Spannung an der Spule.


P.S.:
Zitat :
Bei einer Spule entsteht nur eine Selbstinduktivität wenn sich der Strom ändert, was eine Änderung des Magnetfeldes hervorruft.
Jetzt wird es aber sehr kraus.
Ich schlage vor, daß du erst mal in Unreine schreibst, bevor du hier postest.

Ähnliches gilt für Elektromatiker.
Wenn er seine Fragen sauber und nachvollziehbar formulieren wollte, könnte er sie vermutlich selbst beantworten.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 10 Jul 2011  2:19 ]


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