"Stromglätter" AC - DC gibt höhere Spannung aus?
Hellow alle zusammen,
Ich mache eine GFS über Kondensatoren in Physik in der 8. Klasse, und habe dafür aus einem Kondensator und einer Diode einen "Stromglätter" gebaut. Auch habe ich einen aus einem alten Netzteil ausgebaut:
Wenn ich die jetzt an Wechselspannung (50 HZ) anschließe kommt da je nach der Kapazität des Kondensators eine Verhältnismäßig höhere Spannung raus. Also ich messe eine höhere Spannung. Wie kann das sein? Soweit ich weiß verringern die standart Dioden doch sogar die Spannung um 0.6V?.
Da das bei dem Industriellen "Stromglätter" auch so ist, habe ich anscheinend kein Fehler gemacht. Bin ich dumm oder habe ich einfach nur falsch gemessen?
Viele liebe Grüße, Hellow2
8 Antworten
Im Idealfall (hochohmiges Messinstrument, somit kein Strom, der den Kondensator wieder entlädt) wird der Kondensator auf beinahe den Spitzenwert der Wechselspannung aufgeladen.
"Beinahe" deshalb, weil die Diode etwas Spannung "verschluckt". Im Normalbetrieb ist 0,7 V ein guter Schätzwert bei normalen Dioden (z.B. 1N4148), aber wenn so gut wie kein Strom fließt, geht der Spannungsabfall bis zur Hälfte zurück.
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201113.htm
Wenn Strom fließt (Verbraucher am Kondensator, oder niederohmiges Analoginstrument), wird die "geglättete" Spannung wieder wellig. Je mehr Strom, desto welliger und desto geringer wird der Mittelwert. Abhilfe ist dann erstens vier Dioden (damit während beider Halbwellen der Kondensator geladen wird), zweitens Kondensator mit mehr Kapazität.
https://www.electroboom.com/?p=544
Schau dir mal die Letzte Grafik an. Da siehste das gut. Wie sich das unter last verhält. Dein Messsgerät hat einen solch hohen wiederstand das sich der Kondensator kaum entläd.
Nur das du bei deinem die schrägen dir etwas länger denken musst und bei jedem 2. wellenberg dir ne lücke denken musst. Weil ein Gleichrichter mit nur einer diode die negativen Wellenanteile nur rausfiltert und nicht ins positive richtet.
Das mit der Effektiv spannung kannste dir ungefähr so vorstellen: Denk dir ein auto. Und du tritts das pedal durch. Und lässt es kommen. und tritts wieder durch. Dann wird das auto natürlich beschleunigen. Aber nicht so schnell werden als wenn du das pedal dauerhaft durchtreten würdest.
Eine andere analogie wäre. Stell dir ne reihe kleinen robotern vor. diese beschleunigen vorwärts auf geschwindigkeit X und bremsen dann wieder auf 0 und beschleunigen rückwärts auf geschwindigkeit x. Nun haste quer ne linie auf dem boden. Du zählst nun wie oft die linie überfahren wird. wenn die roboter so hin und her fahren wirst du weniger zählen als wenn sie gleichmäßig mit geschwinigkeit x durchfahren.
und das ist quasi effektive spannung.
Ehm, was für eine Spannung hängst Du denn da genau dran? 230 V Netzspannung? Dann wirste da wohl 230V*Wurzel(2) als Gleichstrom im Leerlauffall haben.
das alles hier zu erklären, wäre zu aufwändig
schau doch mal hier z.B.
sicher ich habe deshalb ja auch die Netzspannung mit nem Transformator auf 10V runtertransformiert und mache es mit den 10V.
du hast vermutlich den Effektivwert der Wechselspannung gemessen aber nicht den Maximalwert. Die maximale Spannung ist größer als der Effektivwert, bei einer sinusförmigen Spannung um den Faktor Wurzel 2
Der Effektivwert ist der Mittelwert der gleichgerichteten Wechselspannnung. Stell dir vor du nimmst die Sinuswelle, klappst den negativen Teil nach oben und nimmst von dem so entstandenen Signal den arithmetischen Mittelwert. Das ist dann eben um den Faktor Wurzel(2) kleiner, als der Amplitudenwert (Spitzenwert).
Bilder sagen mehr als 1000 Worte:
LT Spice ist sehr cool für sowas, aber man braucht tatsächlich eine Weile bis man sich komplett damit zurecht findet. Wenn man erstmal weiß wie alles funktioniert, kann man damit so ziemlich alles machen. Nur werden die Sumulationszeiten schon bei mittelgroßen Netzwerken richtig krass. Als kostenpflichtige Alternative ist Simplorer auch ganz gut. (Als studentische Version auch kostenlos)
Welche Spannung misst Du denn?
50 Hz Wechselspannung aus dem heimischen Stromnetz hat 240 V effektiv.
Da die maximale Spannungsamplitude Wurzel(2) x höher ist als der Effektivwert, solltest Du eine Spitzenspannung von fast 350 V erreichen können.
Und ohn Belastung (Stromverbraucher) lädt sich der Kondensator langfristig auf den Maximalwert auf.
Warum das so ist?
Bei Gleichspannung ist die Spannung konstant und leicht zu messen.
Bei Wechselspannung ändert sich die Spannung ständig. Innerhalb einer Periodendauer, bei 50 Hz sind das 1 / (50 Hz) = 0,02 Sekunden (20 Milisekunden), ist eine Sinuskurve enthalten. Jeweils eine Halbwelle mit positiver und negativer Spannung. Aber eben kein Rechteck, sondern ein sinusartiger-Verlauf.
Die Leistung die diese Wechselspannung an einem Verbraucher (zur Einfachheit ein ohmscher Widerstand) abgibt, entspricht dem Mittelwert der Leistung über einer Periode. Und da der Spitzenwert immer nur ganz kurz anliegt, ist der Effektivwert kleiner (um den Faktor Wurzel(2) ) als der Maximalwert.
Ich hänge da eher 10V dran. Ist da die Formel auch 10V * Wurzel(2)?