Transformatorische Kopplung

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In der Elektrotechnik stellt induktive Kopplung eine Übertragung von Energie durch ein gemeinsames Magnetfeld dar. Eine Änderung der Stromstärke in einem Leiter erzeugt ein Magnetfeld, und dieses induziert eine Spannung im zweiten.

Hierbei können die beiden Leiter Teile ein und desselben Gerätes sein (Beispiel: die zwei Spulen eines Transformator), oder getrennt voneinander (Beispiel: Sende- und Empfangsantenne). Induktive Kopplung kann absichtlich sein, wie beim Transformator, oder parasitär (unerwünscht). Im letzteren Fall nennt man dies auch Übersprechen, und es wird als eine Störung angesehen.

Die induktive Kopplung wirkt sich in vielen Anwendungsbereichen deutlich stärker als die kapazitiven Kopplung aus. Insbesondere schnelle digitale Signale, beispielsweise nach den Standard Low Voltage Differential Signaling (LVDS), sind durch geringe Spannungen und vergleichsweise hohe Ströme bei hohen Änderungsraten gekennzeichnet. Dabei kann, als grobe Regel, mit einer ca. zehnfach stärkeren induktiven Kopplung gerechnet werden ^[1].

Durch die höhere Energiedichte des magnetisches Feldes kann mittels induktiver Kopplung auch eine relativ hohe Leistungsübertragung bei mittleren Frequenzen erreicht werden, wenn man jeweils einen Kondensator mit der Sender- bzw. Empfängerspule in Serie schaltet. Dadurch entstehen zwei Schwingkreise, die, wenn sie dieselbe Resonanzfrequenz haben, eine hohe Effizienz aufweisen, wenn der Senderschwingkreis mit der Resonanzfrequenz angeregt wird. Damit nicht zu viel Energie durch elektromagnetische Strahlung verloren geht, muss die Frequenz aber so niedrig sein, dass sich die Empfängerspule noch im Nahfeld befindet, d.h. der Abstand von der Senderspule muss deutlich geringer sein als die Wellenlänge der Strahlung.

Eine praktische Anwendung dieses Verfahrens wurde am Institut für Physik des MIT demonstriert. Eine 60-Watt-Glühbirne konnte aus 2 Metern Entfernung drahtlos mit Energie versorgt werden. Der Wirkungsgrad betrug etwa 40 %. Das System benutzte eine Frequenz von einigen MHz. Die Forscher gaben dem Verfahren die Bezeichnung WiTricity (ein Kofferwort für wireless electricity, „drahtlose Elektrizität“).

Neben induktiver und kapazitiver Kopplung gibt es noch die galvanische Kopplung.

Einzelnachweise

1. ↑ Howard Johnson: High Speed Digital Design. Prentice Hall PTR, 1993, ISBN 0-13-395724-1, S. 31-36. 

Weblinks

• Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer (englisch, PDF)
• Pressemitteilung zu "WiTricity" (englisch)