Spannungserhöhung im Reihenschwingkreis

Im Video dieses Artikels wird ein fremderregter Reihenschwingkreis mit PSPICE untersucht und die Spanungsüberhöhung erläutert.

Ein Schwingkreis besteht aus mehreren frequenzabhängigen Bauelementen, wie Kondensatoren und Spulen.

Je nach Frequenz haben diese Bauelemente einen anderen Wechselstromwiderstand. Die Schaltung verhält sich also bei unterschiedlichen Frequenzen ebenfalls unterschiedlich.

Der Reihenschwingkreis

In einem Reihenschwingkreis sind die Bauelemente, wie der Name schon sagt, in Reihe geschaltet.

Die Widerstandswerte addieren sich also. Anders als im Gleichstromkreis können in einem Wechselstromkreis jedoch nicht einfach die Widerstandswerte addiert werden.

Da Spulen und Kondensatoren zusätzlich für eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom sorgen, muss bei der Addition von Wechselstromwiderständen auch der Phasenwinkel der Impedanzen berücksichtigt werden.

Bei gleichem Strom in der Reihenschaltung eilt die Spannung an einer Kapazität dem Strom um 90° nach.

An der Spule eilt die Spannung diesem Strom um 90° vor.

Der Phasenwinkel zwischen der Spannung am Kondensator und der Spannung an der Spule beträgt also 180°.

Dies entspricht einem negativen Vorzeichen.

Die Spannung am Kondensator du die Spannung an der Spule heben sich also (teilweise) gegenseitig auf.

Spannungserhöhung im Reihenschwingkreis

Bei einer bestimmten Frequenz, der Resonanzfrequenz ist der Wechselstromwiderstand des Kondensators gleich dem Wechselstromwidertand der Spule.

Nur mit entgegen gesetztem Vorzeichen.

Die Wechselstromwiderstände heben sich bei dieser Resonanzfrequenz genau auf!

Übrig bleibt nur der (manchmal) kleine ohmsche Widerstand der Schaltung. Durch diesen verbleibenden kleinen Gesamtwiderstand der Schaltung kann der Strom in der Reihenschaltung sehr hoch werden.

Dieser hohe Strom sorgt an der Kapazität und der Induktivität für hohe Spannungen, die sich zwar insgesamt aufgrund des Vorzeichens aufheben, an den einzelnen Bauteilen jedoch das Bauteil zerstören können.

Das Video zur Spannungserhöhung im Reihenschwingkreis

Im Video wird das Phänomen der Spannungserhöhung im Reihenschwingkreis mit Hilfe von PSPICE gezeigt.

Viel Spaß mit dem Video.



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