Rechner für die gespeicherte Spulenenergie

Eine Spule speichert Energie in dem Magnetfeld, das der Strom durch ihre Wicklung erzeugt. Die gespeicherte Energie beträgt E = 1/2 L I zum Quadrat. Dabei wird E in Joule gemessen, L ist die Induktivität in Henry und I der Strom in Ampere. Der Faktor ein Halb beschreibt den Aufbau des Magnetfelds, während der Strom von null auf seinen Endwert steigt. Diese einfache Beziehung ist grundlegend für Leistungselektronik, Elektromagnetismus und Schaltungsentwurf. Der Strom wirkt sich quadratisch auf die Energie aus. Eine Verdopplung des Stroms vervierfacht die gespeicherte Energie, während eine Verdopplung der Induktivität die Energie nur verdoppelt. Dieser Unterschied ist bei der Prüfung von Spitzenströmen in Schaltwandlern, Motorwicklungen, Relais und gepulsten Elektromagneten wichtig. Selbst eine kleine Spule kann bei hohem Strom beträchtliche Energie speichern. Umgekehrt kann eine große Induktivität bei sehr kleinem Strom nur wenig Energie enthalten. In einem Abwärts- oder Aufwärtswandler nimmt die Spule wiederholt Energie aus einer Quelle auf und gibt sie an eine Last ab. Entwickler berechnen die maximale gespeicherte Energie, um eine passende Kerngröße und einen geeigneten Sättigungsstrom zu wählen. Sättigt der Kern, sinkt die wirksame Induktivität und der Strom kann rasch ansteigen. Die berechnete Energie hilft auch bei der Abschätzung von Anforderungen an Snubber-Schaltungen, Schalterbelastungen und den Folgen einer plötzlichen Stromunterbrechung. Da eine Spule abrupten Stromänderungen entgegenwirkt, kann beim Öffnen des Stromkreises eine hohe Spannung entstehen, wenn kein kontrollierter Entladepfad vorhanden ist. Dieser Rechner setzt eine ideale Spule voraus, deren Induktivität beim eingegebenen Strom konstant bleibt. Reale Bauteile verlieren Energie durch Wicklungswiderstand, Kernhysterese und Wirbelströme. Ihre Induktivität kann sich mit Strom, Temperatur und Frequenz ändern. Verwenden Sie zur Prüfung der maximalen Energie in einer getakteten Schaltung den Spitzenstrom statt des Mittelwerts und beachten Sie bei Kernsättigung die Induktivitäts-Strom-Kennlinie des Herstellers. Das Ergebnis ist die magnetische Energie zu einem Zeitpunkt, nicht die Leistung. Leistung beschreibt die Geschwindigkeit des Energietransports und benötigt ein Zeitintervall oder eine Schaltfrequenz. Innerhalb dieser Grenzen liefert die Formel eine klare und zuverlässige erste Abschätzung für Labor, Lehre und technische Berechnungen.