Wellenwiderstand (Koaxialkabel) richtig verstehen?
Bei einem Koaxialkabel beschreibt der Wellenwiderstand das Verhältnis sich in eine gemeinsame Richtung ausbreitender Strom- und Spannungswellen.
1) Sind mit Strom- und Spannungswellen jetzt Elektromagnetische Wellen gemeint? Ansonsten weiß ich nicht, wie man sich Strom- und Spannungswellen sich entlang einer Leitung vorstellen soll.
2) Das Anpassen des Wellenwiderstandes mit einem Abschlusswiderstand dient dann dazu, dass die Welle nicht wieder reflektiert wird und sich dann auslöschen? Ist das so richtig?
3 Antworten
>Sind mit Strom- und Spannungswellen jetzt Elektromagnetische Wellen gemeint?
Im Endeffekt breiten sich EM-Wellen aus. Elektrotechniker rechnen aber lieber mit Strom und Spannung. Du hast bei Leitungen immer einen ortsabhängigen Strom i(x, t) und eine ortsabhängige Spannung u(x,t).
In beide Richtungen können sich u und i wellenförmig ausbreiten, es gibt eine hin- und eine rücklaufende Welle (diese muss keineswegs sinusförmig sein).
Eine hinlaufende Welle schreibt man als
Das Verhältnis
bezeichnet man als Wellenwiderstand Z (oft auch Zw genannt). Dieser ist i.A. komplex, aber kann in manchen Fällen als rein reeel modelliert werden (verlustfreie Leitung).
Für die Rücklaufende Welle gilt der selbe Zusammenhang, nur (je nach Zählpfeilkonvention) mit einem Minus.
>dient dann dazu, dass die Welle nicht wieder reflektiert
Ja, kann ,an so sagen: an den Enden der Leitung gibt es nur dann Reflexionen, wenn sie dort mit einem Wert abgeschlossen ist, der ungleich den Z ist. Beim offenen Ende hat man einen Wellenbauch, beim kurzgeschlossenen Ende einen Wellenknoten. Die Überlagerung aller hin- und rücklaufenden Teilwellen ergibt dann das Gesamtbild für U und I. Bei sinusförmigen Erregungen bilden sich dann stehende Wellen aus; es ist fast das selbe wie in der Akkustik.
A) Ja, das beschreibt eine Transversal elektromagnetische Welle (TEM), die sich auf einer Koaxleitung im Dielektrikum ausbreitet (fortpflanzt). H und E- Feld stehen da senkrecht aufeinander.
B)Ja, du meinst sicher folgendes: Bei Anpassung wird die Leitung mit einem Widerstand, der den Wert des Wellenwiderstandes der Leitung hat, abgeschlossen.
Dann tritt dort keine Reflexion auf.
P.s. zum Verständnis am Rande: Warum macht bei Kraftwerken oder der Energieübertragung keine Anpassung? Denke an den Wirkungsgrad!
So ist es. Man würde die Kraftwerksleistung als Ausgangsgröße am Ende der Leitung genau halbieren und es würden über 1000MW an Verlusten auftreten. Also keinesfalls Anpassung dort. Wellenprobleme sind allerdings aktuell: bei Lamda viertel Leitungslänge (bei Freileitungen und 50 Hz sind das 1500km) würde ein Kurzschluss am Ende wirken. Daher kann man Leitungen bei 50Hz nur bis ca. 1000km maximal bauen, Bei Kabeln mit wesentlich geringerer Ausbreitungsgeschwindigkeit ist das schon nach wenigen hundert km der Fall. Die Idee mit der Energieübertragung über sau-teure Kabel ist also nur mit Gleichstrom über Distanzen möglich.
Das wiederum bringt relativ hohe Umwandlungsverluste mit sich, die man bei Trafos, Freileitungen und Wechselspannung so nicht hat. Das ist eine der aktuellen Diskussionen. Von wegen mal eben eine Leitung von Nord nach Süd ziehen....und am liebsten Kabel dazu verwenden.... Politiker eben. Die Blindleistung muss bei DC-Übertragung am Empfangsort durch elektronische Blindleistungserzeuger erst zur Verfügung gestellt werden. Das geht mit Umrichter-Technik - oder konventionell mit rotierenden Umformersätzen und Kurzkupplung - so seit ca. 1950 (?) auf der Insel Gotland, dort reichen ca. 50MW kap. aus. Vorteil: der Umformer sorgt auch für ausreichende Kurzschlussleistung. Sieh an. Sieht in der Praxis toll aus.
Ich wünsche dir einen schönen Tag.
1) Ja eine Elektromagnetische Welle besteht aus einer Strom und einer Spannungswelle.
Im Dielektrikum ist das dann eben das H und E Feld welches sich bewegt und im Metall bilden diese beiden Felder eben einen Strom und die E Welle kann man quasi auch als Spannungswelle sehen.
2)Den Wellenwiderstand kann man nicht mit dem Abschlusswiderstand beeinflussen, der ist eine Eigenschaft des Kabels.
Ein mit dem Wellenwiderstand abgeschlossenes Kabel bildet keine Reflektionen weil die gesamte von der Welle transportierte Energie im Abschlusswiderstand aufgenommen wird. Das ganze nennt sich Leistungsanpassung und wir auch außerhalb der Hochfrequenztechnik verwendet.
Hmn, ich denke, weil wir als Verbraucher Blindleistung benötigen.
Aber da fällt mir gerade ein:
Ich meine mich zu errinnern, dass man eine Blindleistungskompensation wegen der E-M-Wellen an den Hochspannungsleitungen durchführen muss - nur würde da ein Resonanzfall auftreten...
Noch ein schneller Gedanke: Bei Leistungsanpassung resultiert nur ein Wirkungsgrad von 50% am Verbraucher.
So, meine Gedanken nun aufgeschrieben.
Ich überlege Morgen nochmal in Ruhe. Auf die schnelle bekomme ich keinen klaren Gedanken gefasst.
Danke für deine Antwort. Melde mich Morgen mit klarem Verstand :).