Schaltvorgänge bei Induktivitäten – Ausschalten

Beim Ausschalten von Induktivitäten sind die Zusammenhänge etwas komplizierter im Vergleich zum Einschalten.

Wir betrachten wieder die einfache Reihenschaltung , Spannungsquelle – Widerstand – Schalter – Induktivität.

Nach dem Aufbau des Magnetfeldes in der Spule soll dann der Ausschaltvorgang betrachtet werden.

Der Schalter wird also geöffnet.

Zwei Situationen kann man dann betrachten. Das sanfte Ausschalten und das abrupte Ausschalten.

Das sanfte Ausschalten von Induktivitäten

Beim sanften Ausschalten lässt man den Induktion kontrolliert auslaufen. Man schaltet hierzu einen ohmschen Widerstand und eine Freilaufdiode antiparallel zur Spule.

Den ohmschen Widerstand kann man auch weglassen. Ich habe ihn hier explizit in der Schaltung belassen, weil man so sehr gut die induzierte Spannung berechnen kann

Die Freilaufdiode antiparallel zu schalten bedeutet, dass die Diode im „Normalbetrieb“ in Sperrrichtung geschaltet ist. Nach dem Ausschalten ist die Diode dann für den Induktionsstrom durchlässig.

Wenn nun in dieser Schaltung der Schalter geöffnet wird, treibt die Spule den Strom weiter durch die Diode und den ohmschen Widerstand.
Das Abklingen des Induktionsstroms ist dann durch den Anfangsstrom und den Bauteilgrößen, der Induktivität L und dem Widerstand R bestimmt.
Auch hier gilt wieder für die Zeitkonstante T = L / R.

Für die Induktionsspannung kann man ebenfalls eine e-Funktion aufstellen. Der Strom wird ja durch den Widerstand von unten nach oben getrieben und sorgt für eine Spannung, die ebenfalls von unten nach oben positiv ist.

Die Spannung an der Spule, die wir von oben nach unten positiv betrachten, ist somit negativ.

Die Größe der induzierten Spannung ist somit vom Widerstand abhängig. Bei kleinen Widerstandswerten erhalten wir eine große Zeitkonstante, d.h. der Entladevorgang dauert entsprechend lange, dafür ist die Induktionsspannung entsprechend klein.

Der Widerstand kann aber auch sehr groß werden. Man kann auf die Freilaufdiode samt Widerstand auch ganz verzichten. Dies nennt man dann abruptes Ausschalten.

Abruptes Ausschalten von Induktivitäten

Wenn die Freilaufdiode samt Widerstand also weggelassen wird, haben wir ein abruptes Ausschalten.

Die Induzierte Spannung wird dann sehr hoch. Die Zeitkonstante sehr klein.

Die Induktionsspannung kann zu groß für die schaltenden Bauelemente werden. Wenn man die Induktion beispielsweise mit einem Transistor ausschaltet, kann die Induktionsspannung den Transistor zerstören. Aus diesem Grund verwenden man dann Freilaufdioden zum Schutz des Transistors.

Video zum Ausschalten von Induktivitäten