Funktionsweise einer schnellen Spulenentladung durch negativen Gleichstrom

[Jakob B. (baconman)]

Hallo,

vorweg muss ich sagen, dass ich eigentlich nicht aus der Elektrotechnik 
komme. Ich bitte also um Erklärungen ohne viele Abkürzungen und 
Fachbegriffe :)

Und zwar geht es im Prinzip um die Funktionsweise von so einer 
Schaltung: http://www.bendrich.com/datenblatt_780508.htm

Das Einschalten ist klar, aber beim Ausschalten habe ich noch ein paar 
Probleme. Ich erzähle einfach mal, wie bisher mein Stand ist:

Mit dem Ausschalten wird der Kondensator,statt wie zum Laden an die 
High-Side, an die Low-Side angeschlossen. An der High-Side hängt dann 
die Masse. Die Spannung des Kondensators wirkt also der 
selbstinduzierten Spannung der Spule entgegen. Da diese unbedingt den 
Stromfluss aufrecht erhalten möchte steigt die induzierte Spannung so 
weit an, dass es zu einem Stromfluss gegen die Kondensatorspannung kommt 
-> Der Kondensator wird durch die Spule geladen.

Soweit so gut. Jetzt meine Fragen:

Warum kommt es aufgrund der großen Induktionsspannung trotzdem nicht zu 
einem höheren Strom, als vor dem abschalten?

Wie groß wird die induzierte Spannung bevor sie abfällt in diesem Fall 
qualitativ? Damit Strom fließen kann muss sie auf jeden Fall größer als 
die Spannung des Kondensators sein. Wobei diese ja mit der Aufladung 
durch die Spule steigt, die induzierte Spannung aber sinkt betragsmäßig. 
Wie kann so ein Stromfluss von der Spule in den Kondensator aufrecht 
erhalten werden?

Kann man das schnellere Abfallen des Magnetfeldes mit dieser Technik 
folgendermaßen begründen(Stichpunktartig):
Magnetfeld ist Energie -> Der Spule muss Energie abgeführt werden
Leistung bei Gleichstrom: P = U*I
Ohmsches Gesetz: I = U/R
Aus beidem folgt: P = U²/R
Mit höherer Spannung steigt also die abgegebene Leistung.

Vielen Dank schon mal! Mal abgesehen davon, dass es mich schon den 
ganzen Tag verrückt macht, dass ich das nicht raffe helft ihr mir damit 
auch bei meiner Bachelorarbeit. Also nochmal vielen Dank!

Grüße
Jakob

[Achim S. (Gast)]

Jakob B. schrieb:
> Warum kommt es aufgrund der großen Induktionsspannung trotzdem nicht zu
> einem höheren Strom, als vor dem abschalten?

weil die Induktionsspannung nur genau so weit ansteigt, dass der 
vorherige Strom weiter fließt. Sobald der Strom fließt gibt es keinen 
Antrieb mehr für eine weitere Erhöhung der Induktionsspannung.

Jakob B. schrieb:
> Wobei diese ja mit der Aufladung
> durch die Spule steigt, die induzierte Spannung aber sinkt betragsmäßig.
> Wie kann so ein Stromfluss von der Spule in den Kondensator aufrecht
> erhalten werden?

solange noch Strom von der Spule in den Kondensator getrieben wird, ist 
die induzierte Spannung genau so groß, wie es für den Stromfluss "nötig 
ist". Wenn die Spannung im Kondensator ansteigt, dann entspricht das 
einer ansteigenden induzierten Spannung. Und je höher die ist, desto 
schneller sinkt der Strom (weil U_ind proportional zu di/dt ist).

Jakob B. schrieb:
> Kann man das schnellere Abfallen des Magnetfeldes mit dieser Technik
> folgendermaßen begründen

Begründe es einfach so: di/dt ist proportional zu U_ind. Wenn eine 
größere (Gegen)spannung anliegt, dann sinkt der Strom schneller ab.

Mit dem ohmschen Gesetz für reelle Widerstände kommst du bei der 
Begründung nicht weit. Du brauchst die Differentialgleichung für 
induktive Spannungen: U = L * di/dt

[excurso (Gast)]

Die induzierte Spannung der Spule wird ja nicht durch die 
Quellenspannung begrenzt wie das bei einem Kondensator der Fall ist und 
kann um ein Vielfaches größer oder kleiner als diese sein.

Der Vorredner hat schon die Gleichung zur Berechnung der 
Selbstinduktionsspannung angegeben:

U = L * di/dt

D.h. die induzierte Spannung ist von der Induktivität der Spule, der 
Stromänderung und der Zeitdifferenz, in der diese Stromänderung 
stattfindet, abhängig.

Damit sich die Spule aufladen kann, muss sich der Strom durch die Spule 
zeitlich ändern.
Wurde die Spule aufgeladen und es fließt weiter ein konstanter Strom der 
Quelle, dann Bricht die induzierte Spannung wieder ein.

Wird die Spule aufgeladen und von der Quelle getrennt, so ist die 
Stromzufuhr plötzlich unterbrochen, und die in der Spule gespeicherte 
Energie wird abgegeben. Es entsteht ein kurzzeitiger hoher Impuls der 
Spannung und danach wird sie kleiner, je weiter die Spule entladen ist.

Der Effekt der Selbstinduktion wird z.B. auch bei DC-DC 
Abwärts-/Aufwärtswandlern verwendet, wo die Spannung am Ausgang größer 
oder kleiner als die Quellspannung sein kann.