Elektronica/Passieve componenten/Spoel
Begrijpen van een spoel
[bewerken]Om te begrijpen wat een spoel doet, ben je met de formule's niet veel. Om te begrijpen en beredeneren wat een spoel doet, kan je gebruik maken van volgende vergelijking: Een spoel kan je zien als een vliegwiel, waarbij de stroom door de spoel het toerental is, en de spanning over de spoel komt overeen met de draaikracht (mensen die mechanica kennen: het moment) die je aan het vliegwiel levert, of die het vliegwiel levert aan wat er aan hangt. Je kan zelfs nog verder gaan, de massa van het vliegwiel komt overeen met de zelfinductie (in Henry) van de spoel, dus hoe groter de impedantie, hoe meer energie er in de spoel kan opgeslagen worden. (voor mechanicussen: traagheidsmoment komt overeen met de geïnduceerde tegenEMK).
Dikwijls wordt een spoel gebruikt in combinatie met een vrijloopdiode, hoe kan je dat beredeneren? Heel simpel, er wordt een grote spanning op de spoel gezet, waardoor er een stroom opgebouwd wordt (het vliegwiel wordt in gang gedraaid). Opeens wil je de stroom stoppen (het vliegwiel stil laten staan), dan zal er een heel hoge spanning opgewekt worden (vliegwiel zal grote kracht leveren in omgekeerde zin, voor het stilstaat), tegengesteld aan de spanning die op de spoel stond. De vrijloopdiode zorgt ervoor dat de stroom kan blijven lopen (het vliegwiel kan blijven draaien), zodat er geen vonken (breken van de rem die het vliegwiel wil doen stoppen) optreden.
Ik wil het graag eens proberen met een FORMULE.
Op het WISSELSPANNINGSNET (klemmen R-n)is aangesloten;een THYRISTOR (klemmen a-k) en SPOEL (s-n) in serie. Fase R aan de a(node)van de Thyristor de k(athode) aan s van de Spoel en de n aan de nul n van het net.
De netspanning geven we aan met Un,de thyristorspanning met Ua,en de spoelspanning met Us en de stroom met Is. Als de de netspanning Un ,direct na tijdstip to een positieve waarde bezit Un=+ en dat even later, op t3 de thyristor wordt onstoken ,met een ontsteekhoek van α=30 ,(Un max=100V) de mommentele waarde van de netspanning is dan Umom.= ½ .+100= +50V.
- de NEGATIEVE ZELFINDUCTIESPANNING -Ez werkt de STROOM TOENAME TEGEN
De positief aangenomen netspanning van Un=+50V veroorzaakt een positief(+) toenemende (↑) stroom +Is↑ door de spoel. Door deze positieve stroomverandering +ΔIs [op t2 Is2=+6A en even later op t3 is Is3=+10A dan is ΔI=(+10)-(+6)=+4] zal in deze INDUCTIEVE BELASTING een NEGATIEVE ZELFINDUCTIESPANNING -Ez worden opgewekt, die deze positieve STROOMVERANDERING +ΔIs zal TEGENWERKEN , dit is te berekenenmet de Wet van Lenz;Un=Us=-Ez=ΔIs/Δt.Ls.
[het is GEEN TEGEN EMK,want die wordt opgewekt in een gelijkstroommotor door een VREEMD VELD,en deze inductiespanning opgewekt in de ankerwikkelingen(Wet van Faraday) is ALTIJD TEGENGESTELD GERICHT Et aan de KLEMSPANNING Uk van de motor] [De EMK van ZELFINDUCTIE wordt opgewekt door een EIGEN VELDVERANDERING die stroomverandering in de SPOEL ZELF opwekt].
Ten gevolge van deze zelfinductiespanning -Ez zal de spoelstroom,de belastingsstroom,maar langzaam toenemen(lage ΔIs/Δt)en daardoor NIET DIREKT de NETSPANNING VOLGEN zoals bij een OHMSE BELASTING.(bij een Rb=1ohm wordt de stroom direct Ir=50/1=50A). De zelfinductiespanning Ez is steeds tengengesteld gericht en even groot als de netspanning Un en de spoelspanning Us. Deze is te berekenen met Un=Us= -Ez=ΔIs/Δt.Ls. Van t3 tot t4 is de netspanning Un en spoelspanning Us positief(de zelfinductiespanning Ez is Negatief),waardoor de stroom Is in positieve zin zal moeten toenemen.
- als de NETSPANNING en ZELFINDUCTIESPANNING NUL ZIJN is de STROOM MAXIMAAL
Als de spanningen Un en Us NUL zijn dan moet de stroomverandering ΔIs ook NUL zijn,stroom neemt niet toe en niet af. De zelfinductiespanning Ez is dan ook NUL, zodat de stroom zijn MAXIMALE WAARDE BEREIKT op tijdstip t4,er is op dit moment GEEN TEGENWERKING van de zelfinductiespanning Ez.
- UITGESTELDE DOVING van de THYRISTOR
De THYRISTOR DOOFT dus NIET ,zoals bij een ohmse belasting, bij de NULDOORGANG van de NETSPANNING; er treedt UITGESTELDE DOVING op bij een INDUCTIEVE BELLASTING.
- de POSITIEVE ZELFINDUCTIESPANNING +Ez werkt de STROOM AFNAME TEGEN
Na tijdstip t4 wordt de spanning over de belasting Us NEGATIEF,(want de netspanning is immers negatief omdat de thyristor nog geleidt),zodat de stroomverandering nu NEGATIEF {ΔIs=(+3)-(+8)=-5} wordt volgens -Un=-Us=-.-Ez=-ΔIs/Δt.Ls. Nu wordt er in de spoel een POSITIEVE ZELFINDUCTIESPANNING +Ez opgewekt deze zorgt er zelfs voor dat de stroom ; TEGEN de NEGATIEVE NETSPANNING -Un in rondgedreven wordt. De belastingsstroom loopt nog steeds in de positieve richting (dat laat de thyristor of een diode ook niet toe)maar neemt nu af in grootte +ΔIs↓.
- SPERREN van de THYRISTOR
Op het tijdstip t5 komt de stroom beneden de houdstroom en gaat de thyristor sperren waardoor de belasting van het net wordt geschakeld en de spanning over de belastingsspoel Us NUL blijft. Als op tijdstip t6 weer een triggerpuls wordt gegeven herhaalt deze cyclus zich.
- ENERGIE LEVERING van het NET naar de BELASTING de MUTATOR werkt in GELIJKRICHTERWERKING
Netstroom In(Is) en netspanning Un hebben hebben van t3 tot t4 een positieve waarde zodat het VERMOGEN dat het net levert ; POSITIEF is +Pn=+Un.+In dit noemen we GELIJKRICHTERWERKING.
- de MUTATOR werkt van t3 tot t4 als GELIJKRICHTER
- ENERGIE TERUGLEVERING van de BELASTING naar het NET de MUTATOR werkt in WISSELRICHTERWERKING
- de MUTATOR werkt van t3 tot t4 als GELIJKRICHTER
Van t4 tot t5 is Un NEGATIEF ,terwijl de stroom nog steeds in dezelfde richting loopt(richting thyristor symbool)POSITIEF is. De netstroom In en netspanning Un hebben nu een tegengesteld teken zodat; het VERMOGEN dat het NET LEVERT,NEGATIEF is,-Pn=-Un.+In dit noemen we WISSELRICHTERWERKING.
- de MUTATOR werkt van t4 tot t5 als WISSELRICHTER
Je kunt ook zeggen dat de SPOEL POSITIEF VERMOGEN aan het NET LEVERT +Ps=+Ez.+Is. Bij deze ZUIVER INDUCTIEVE BELASTING slingerd de ENERGIE tussen het NET (in de vorm van ELEKTRISCHE ENERGIE); en de BELASTING(in de vorm van MAGNETISCHE ENERGIE)heen en weer.
- het GEMIDDELDE VERMOGEN is NUL P=0 daar de deze spoel,belasting,geen energie blijvend aan het net onttrekt
In de praktijk doet dit geval zich voor als de MUTATOR gebruikt wordt voor het voeden van een VELDWIKKELING van een AFZONDERLIJK BEKRACHTIGDE GELIJKSTROOMMACHINE.