Wie kann ich mir in der Elektrotechnik MEHRERE Spannungs und Stromquellen vorstellen?
Hallo Community oder besser E-Techniker , ich würde gerne wissen wie man sich ein Schaltbild mit mehreren Quellen vorstellen kann , für mich macht das kein sinn , ich meine der Strom fließt doch nur in eine Richtung und wie kann man dann mehrere Quellen einpflanzen , verstärken sie sich gegenseitig? zudem ist mir nicht ganz klar wieso es einmal Spannungsquellen und einmal Stromquellen gibt in den vorherigen aufgaben waren immer nur Stromquellen die auch eine Spannung besaßen..
Wie rechne ich mit mehreren Quellen? vielen dank im vorraus
6 Antworten
Hallo SirPanamera,
Ich versuche jetzt mal, deine Frage sehr anschaulich, bildhaft und trotzdem physikalisch richtig (kann sein, dass es hier was zu kritisieren geben könnte, aber ich gebe mir sehr viel Mühe, damit es stimmt) zu erklären.
ich würde gerne wissen wie man sich ein Schaltbild mit mehreren Quellen vorstellen kann
Das lässt sich ganz einfach beantworten. Du hast mit Sicherheit im Haushalt ein Gerät herumliegen, in das du mehrere Batterien einsetzen musst, damit es funktioniert, z.B. ein Transistorradio, einen transportablen Verstärker oder eine Digital-Kamera.
Jede einzelne Batterie (ich meine die bei uns üblichen Alkaline-Batterien in Micro-, Mignon-, Baby- und Mono-Größe)) ist eine Spannungsquelle mit einer Spannung von 1,5 Volt, die in Reihe geschaltet werden, um durch Addition der einzelnen Spannungen eine bestimmte Spannung zu erzielen, die zum Betrieb des Gerätes benötigt wird.
Bei dieser Reihenschaltung addieren sich also die Spannungswerte, der Strom, der zu entnehmen ist, bleibt aber gleich und erhöht sich nicht, wenn du mehrere Spannungsquellen in Reihe schaltest.
Jetzt stelle dir vor, dass du 5 dieser transportablen Verstärker gleichzeitig betreiben musst, da du gleichzeitig 5 verschiedene Räume beschallen möchtest.
Jetzt wird die 5-fache Menge an Strom benötigt, die Spannung bleibt gleich. In diesem Fall schaltest du 5 dieser in Reihe geschalteten Batterien parallel, durch Parallelschaltung von Spannungsquellen erhöht sich der entnehmbare Strom um die Anzahl der parallelgeschalteten Spannungsquellen.
Auf dieser Seite wird die Reihen- und Parallelschaltung von Spannungsquellen gut und anschaulich beschrieben und es wird auch der Hinweis nicht vergessen, dass bei der Parallelschaltung unbedingt zu berücksichtigen ist, dass nur identische Spannungsquellen parallelgeschaltet werden dürfen, um Ausgleichsströme zwischen den einzelnen Spannungsquellen zu vermeiden. Du findest eine Parallelschaltung von 3 Spannungsquellen, bei der du Veränderungen vornehmen kannst und dann sofort siehst, wie ein Ungleichgewicht auftritt und wie Ausgleichsströme fließen. Der darunter stehende, rot umrandete Text weist noch einmal darauf hin, worauf bei Parallelschaltung von Spannungsquellen zu achten ist.
http://elektroniktutor.oszkim.de/analogtechnik/innenwid.html
Jetzt hast du also Beispiele, warum Spannungsquellen, die auch immer Stromquellen sind, in Reihe und auch parallel geschaltet werden.
ich meine der Strom fließt doch nur in eine Richtung und wie kann man dann mehrere Quellen einpflanzen , verstärken sie sich gegenseitig?
Deine Vermutung, dass diese Mehrfachverwendung von Spannungsquellen zur Verstärkung von Spannung und/oder Strom eingesetzt wird, ist also korrekt.
zudem ist mir nicht ganz klar wieso es einmal Spannungsquellen und einmal Stromquellen gibt in den vorherigen aufgaben waren immer nur Stromquellen die auch eine Spannung besaßen..
Das ist die Frage von Ursache und Wirkung. Damit ein Strom fließen kann, muss immer eine Spannung vorhanden sein.
Stelle dir einen Behälter, gefüllt mit Wasser, vor. Er befindet sich in 10 Meter Höhe und an ihm ist ein dünnes Rohr angebracht, welches 10 Meter lang ist und nach unten führt, z.B. in einen Brunnen.
Das Gewicht der Wassers und der Druck, den die Wassersäule erzeugt, ist die Spannung, das Wasser ist die elektrische Energie/Kapazität.
Wenn du das Rohr am Brunnen öffnest, fließt eine gleichbleibende Menge Wasser kontinuierlich aus dem Behälter.
Das fließende Wasser entspricht einem gleichmäßig fließenden Strom.
In diesem Bild hast du jetzt alle elektrischen Größen einer Spannungsquelle erklärt, nämlich Spannung U in Volt, die den Strom I in Ampere treibt und der Innenwiderstand Ri, der den Stromfluss begrenzt, nämlich das dünne Rohr.
Hier erkennst du auch die Funktion des Innenwiderstandes, ist er sehr klein (ein Rohr mit großem Durchmesser), kann viel Strom fließen, ist der Ri sehr groß (dünnes Rohr), kann nur ein kleiner Strom fließen.
Wenn du alles bis hier gelesen und verstanden hast, dann kannst du deine Frage "Wie rechne ich mit mehreren Quellen?" mit Sicherheit selbst beantworten.
Hier noch einige gute Seiten zu deiner Frage mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad:
academic.ru/dic.nsf/dewiki/1352790#Parallel-_und_Reihenschaltung_von_Spannungsquellen
Der besondere Fall der Konstantstromquelle:
//elektroniktutor.oszkim.de/analogtechnik/i_konst.html
und eine Vorlesung der Uni in Duisburg mit einer schönen "Dia"-Show
//slideplayer.org/slide/857750/
Bei Fragen kannst du dich gerne melden.
Grüße, Dalko
Hallo Sebastian,
Eine Frage des Blickwinkels, es kommt immer darauf an, welcher Aspekt der Quelle betrachtet werden soll.
Generell hat eine Stromquelle immer auch eine Spannung, eine Spannungsquelle wird zu einer Stromquelle, wenn eine Last angeschlossen ist.
Ich schaue mal nach guten Erklärungen, die das beschreiben....du sprichst mit deiner Frage genau den Aspekt der Wechselwirkung von Spannung und Strom an, der auch für viele Fachleute oft problematisch zu erklären ist.
In den Erklärungen findest du immer die Adjektive "ideal" und "real", man denkt also der Einfachheit halber mit einem "idealen" Bild, dass dann "real" ganz andere Eigenschaften bekommen kann.
Ich melde mich später, dann hoffentlich mit einer gut verständlichen Beschreibung und passenden Analogien zu deiner Nachfrage.
Grüße, Dalko
Hallo Sebastian,
jetzt trau ich mich mal an den zweiten Teil, obwohl mir keine so guten Analogien, die man auf eine Stromquelle anwenden könnte, eingefallen sind.
Zuerst mal möchte ich kurz erklären, warum ich die Modelle der idealen Spannungs- und Stromquelle nicht besonders mag.
Eine kurzgeschlossene Spannungsquelle müsste nach I = U/R, wobei R beim Kurzschluss gleich Null ist, einen unendlich großen Strom liefern können und die Stromquelle im Leerlauf (RLast = unendlich) eine unendlich hohe Spannung.
Beide ideale Modelle sind in der Wirklichkeit nicht möglich und eignen sich deshalb nicht gut für eine Veranschaulichung. Deshalb ziehe ich die realen Modelle vor, die einen Innenwiderstand Ri beinhalten.
Eine reale Spannungsquelle besteht demnach aus einer idealen Spannungsquelle Uq und einem in Serie geschalteten Innenwiderstand Ri, der so klein wie möglich sein soll.
Eine reale Stromquelle besteht aus der idealen Stromquelle mit dem Quellenstrom Iq und dem parallel geschalteten Innenwiderstand Ri (so groß wie möglich).
Nur eine reale Spannungsquelle kann durch eine reale Stromquelle ersetzt werden, was bei den idealen Quellenmodellen nicht möglich ist.
Diese Austauschbarkeit bringt dich wohl etwas in Schleudern, ebenfalls das virtuose herumjonglieren deines Profs je nach Betrachtungsweise.
Wieso hat sie dann ein eigenes Schaltbild ( Kreis mit waagerechtem Strich) und die Spannungsquelle ein Kreis mit Senkrechtem Strich? Wenn doch beide gleich sind.
Vielleicht hilft dir diese Seite weiter, die diese Quellenumwandlung gut beschreibt
Nachdem das Wassermodell bei der Spannungsquelle gut funktioniert, hatte ich Probleme, etwas ähnliches bei der Stromquelle zu finden, bis ich auf das Modell mit der Pumpe gestoßen bin.
Danach kannst du dir eine Stromquelle als einen konstanten Volumenstrom Wasser vorstellen, wobei eine Pumpe dafür sorgt, das das Fördervolumen (Strom) konstant bleibt und nur soviel Druck (Spannung) aufgebaut wird, um den Widerstand der Last zu überwinden.
Wenn der Widerstand der Last zu groß ist und die innere Spannungsquelle den Strom nicht mehr treiben kann, spricht man von einer zu großen Bürde, deshalb gehört zur Beschreibung einer realen Stromquelle die Angabe der Bürde und/oder die Höhe der treibenden Spannung.
In diesem Zusammenhang fand ich einen anderen Vergleich sehr anschaulich. Stell dir eine Stromquelle wie eine Spannungsquelle vor, die einen einstellbaren Innenwiderstand hat. Der Innenwiderstand wird durch die Stromhöhe so verändert, dass der Strom konstant bleibt.
So, mir brummt jetzt auch der Schädel, ich hoffe, dir etwas geholfen zu haben, ich mach für heute Schluss.
Grüße, Dalko
Hallo Sebastian,
Hier der letzte Teil meiner Antwort.
Mit grausen denke ich an die Zeit zurück, wo ich mich mit den Grundlagen der Netzwerkberechnung habe auseinandersetzen müssen....ohne Internet....ohne die Möglichkeit, mit ein paar Klicks an Info zu kommen oder mit anderen Fachleuten sprechen zu können....ohne Rechner...am Anfang sogar ohne Taschenrechner, nur mit Rechenschieber.....ohne Simulationssoftware.
So gesehen lebst du heute in einem Bildungs-Schlaraffenland mit einfach nur genialen Möglichkeiten der Informationsbeschaffung.
Ich habe noch einige Seiten gefunden, die deine ziemlich anspruchsvolle Frage weiterführend beantworten können.
Dieses Video fand ich sehr anschaulich:
https://www.youtube.com/watch?v=Y8tNIErWU9Q
Ich war überrascht, wie viel gute Video-Beiträge bei YouTube zu deinem Thema angeboten werden. Ich glaube, dass du dich da mal durchkämpfen musst, denn ich kann schlecht beurteilen, welche Art der Stoffpräsentation dir passt und dich im Verständnis weiter bringt.
Da du dich mit der Frage beschäftigst, wie sich mehrere Strom- und Spannungsquellen im Netzwerk verhalten, geht es eigentlich um Methoden, wie man lineare elektrische Netzwerke löst. Hier eignet sich sehr gut die Überlagerungsmethode nach Helmholtz, genannt Superposition, wie sie in diesem Tutorial sehr anschaulich erklärt wird.
.amplifier.cd/Tutorial/Grundlagen/Superposition.htm
Ich finde die oben erklärte Methode sehr gut geeignet, um komplizierte lineare Netzwerke zu vereinfachen und besser lösen zu können.
Ich war überrascht, auch in diesem Beitrag auf die kostenlose Simulationssoftware LT Spice zu stoßen, zu der auch gute Tutorials und Beispiel-Simulationen heruntergeladen werden können.
.heise.de/download/lt-spice-iv.html
.gunthard-kraus.de/LTSwitcherCAD/index_LTSwitcherCAD.html
//rze-falbala.rz.e-technik.fh-kiel.de/komiue/LTSpice-Anleitung/LTspiceIV%28Mai2010%29.pdf
Weiterhin viel Spaß an der Elektrotechnik und im Studium
Grüße, Dalko
Vielen Dank für deine Hilfe hat mir wirklich sehr geholfen! :) wirklich gute Seiten , habe mich auch bei Youtube gut aufgehoben gefühlt und wirklich gute erklär videos gefunden.
Gute Unterstützung ! danke !
nun, mehrere Strom oder Spannungsquellen machen in mehrerlei hinsicht Sinn..
nehmen wir z.B. eine Alarmanlage. da gibts neben dem Netzanschluss noch die Batterie, die die Alarmanlage im notfall speist.
oder bei guten digitalkameras, da hast du eine Batterie fürs Speicehrn der Einstellungen und den Betrieb der Systemuhr, und den Akku für den eigendlichen Betrieb der Kamera.
bei größeren Industrieanlagen, vor allem wenn es um hohe Leistungen geht, gibts durchaus schon mal einen eigenen Trafo für die großen Antriebe, da kann man dann auch von mehreren Spannungsquellen sprechen.
lg, Anna
Es gibt in der Praxis nur Spannungsquellen. Eine Stromquelle besteht aus einer Spannungsquelle, der ein Regel -Verstärker nachgeschaltet ist, der dafür sorgt, dass in einem gewissen Bereich immer der gleiche Strom fließt, auch wenn sich der Widerstand des Verbrauchers ändert. Mehrere Quellen: In PCs sind Netzteile, die mehrere Spannungen liefern, die auch einzeln abschaltbar sind: +5V, +12V, +5Vstandby, 3,3V für CPu. Das entsprechende Schaltbild ist recht kompliziert. Schon in Röhrenradios wurden unterschiedliche Spannungsquellen benötigt: +300V=, 12V~, -5V= usw. wurden durch getrennte Sekundärwicklungen am Trafo erzeugt. Konnten also auch unterschiedliche Nullpunkte haben.
Deine Frage ist recht umfangreich, da Du soviele Themen schneidest, dass man damit locker die erste Hälfte des ersten Lehrjahrs einer Ausbildung zum Elektroniker füllen könnte...
Also nur kurz ein paar grundlegende Dinge:
1. jede Stromquelle ist eine Spannungsquelle und umgekehrt (jeden Falls wenn diese in einem Stromkreis beschaltet ist und nicht mit offenen Anschlüssen irgendow gelangweilt rumliegt)
2. Es gibt Regeln, wie sich verschidene Ströme und verschiedene Spannungen zu einander verhalten. Als wichtigste Gesetze der Physik/E-Technik würde ich da das Ohmsche Gesetzt und die Kirchhoffschen Reglen sehen. Dann st noch wichtig wie sich Widerstände in verschiedenen Schaltung (Reihe, Parallel) zu einander ergänzen und das ein oder andere Ersatzschaltbild, dass versucht die im Schaltplan als ideale Bauteile dargestellen Quellen in reale Bauteile zu überführen.
Was war das jetzt alles unter 2.?
Also:
Ohmsches Getz: U = R * I; Spannung = Widerstand mal Strom
Kirchhoffe Regeln
1. Die Summe alle Ströme in einem Knoten ist gleich 0. Also alles was in einen Leitungsknoten reinfleißt (Ströme positiv gewertet) muss auch wieder raus (Ströme negativ gewertet).
2. Die Summe aller Spannungen in einem Umlaus ist gleich 0: Gehe ich im Schaltplan "eine Runde" über alle Bauteile und alle Potentiale ergänzen sich alle Potewntialunterschiede ( =Spannungen) zu Null wenn ich alle Potentialgefälle positiv und alle Potentialsteigungen negativ werte.
Widerstände in Reihe addieren sich: R1+R2=R ges
Bei Widerständen in Parallelschaltung addiert sich der Kehrwert der Wiederstände: 1/R ges = 1/R1 + 1/R2
Eine Ideale Quelle hat keinen Innenwiderstand! Der Innenwiderstand ist eine gedachte (nicht wirklich als Bauteil existierende Größe) um zu erklären, warum eine Spannungsquelle nicht unbegrenzt Strom liefert - was eine ideale Quelle könnte eine reale aber nicht. Dieser Innenwiderstand einer Stromquelle liegt parallel zur Quelle und ist möglichst hochohmig, Der Innenwiderstand einer Spannungsquelle ist in Reihe zur Quelle geschaltet und wird als möglichst klein angenommen.
So, damit hast Du nun zwar keine Antwort, aber zumindest die Überschriften bzw. Stichworte zum theoretischen Unterbau Deiner Frage. Vielleicht hilft es weiter um die richtigen Fragen zu stellen bzw. die richtigen Dinge zu ergoogeln ;-) Beispiele, dass mehrere Quellen in ein und dem selben Gerät bzw. der selben Schaltung sinnvoill sind haben die restlichen Kollegen hier ja schon gegeben.
Viel Erfolg, E-Technik ist garnicht so schwer! ;-)
Es stimmt nicht dass der Strom nur in eine Richtung fließt, zB Wechselstrom.
Man kann auch zB 100V Gleichstrom mit 10V Wechselstrom überlagern, dann hast Wechselstrom auf "hohem Niveau". Musik ist zB ein ungleichmäßiges Wechselstromsignal das auf einen Gleichstrompegel gelegt wird.
Beim ORF zB wird ein niederfrequentes Audiosignal einem hochfrequenten Trägersignal überlagert.
Und "Ja", verschiedene Ströme und Spannungen beeinflußen sich. Verstärkend oder oder umgekehrt, je nachdem.
Vielen Dank erstmal für die tolle Antwort hat mir schonmal sehr geholfen , gute Erklärung !!
eine Sache noch : Mein Prof. gibt oftmals Schaltbilder wo eine "Stromquelle" eine Spannungsquelle usw. angegeben ist, ist also die vermeintliche "Stromquelle" auch eine Spannungsquelle? Wenn ich dann Rges berechne kann ich dann also leicht die Spannung auf der "Stromquelle" berechnen.
Wieso hat sie dann ein eigenes Schaltbild ( Kreis mit waagerechtem Strich) und die Spannungsquelle ein Kreis mit Senkrechtem Strich? Wenn doch beide gleich sind.
Wie fließt denn der Strom wenn z.B. die eine Quelle auf der einen Seite des Schaltbildes ist und die andere auf der anderen Seite ist ? Fließen die nur innerhalb der Masche ? bzw. kann der Strom "durch" eine andere quelle fließen?
Gruß,
Sebastian