Wieso darf man Stromquellen nicht in Reihe schalten. Und wieso darf man Spannungsquellen nicht parallel schalten.?
Die Frage beschäftigt mich, da mir gesagt wurde, dass es unzulässig wäre. Aber wieso? Also hierbei handelt es sich um IDEALE Quellen
8 Antworten
Es gibt in der Realität keine Strom- oder Spannungsquellen!
Wo Strom fließt, ist auch Spannung. Und wo Spannung ist, fließt immer auch Strom. Das eine kann ohne das andere nicht existieren, weil kein Widerstand unendlich groß oder klein sein kann.
Etwas zur Geschichte
Die Worte "Stromquelle" und "Spannungsquelle" sind Wortschöpfung derselben Leute, die auch für das Pisa-Chaos und den hundsmisserablen Bildungsstand in deutschen Schulen und Unis verantwortlich sind: Die Desinformanten. Abgeleitet wurden die Begriffe aus den seinerzeit korrekten Begriffen "Konstant-Stromquelle" und "Konstant-Spannungsquelle", und daraus kann man sich dann auch tatsächlich was vorstellen: Nämlich entweder eine konstante Spannung bei sich ändernder Last, oder ein konstanter Stromfluß. Beides zusammen geht nicht, weil es konträr arbeitet.
Es ist auch nicht sinnvoll, zwei geregelte Kreise derselben Ausprägung parallel oder hintereinander zu schalten. Wenn das zur Lösung eines Problems erforderlich ist, sollte das Problem noch einmal überdacht werden bzw. der Lösungsweg. Selbst Zusammenschaltung von Regelkreisen absolut identischer Bauteile führt i.d.R. zu Problemen, die sich auch durch winzigste Toleranzen zu fühlbaren Effekten aufschaukeln.
Ein Beispiel zur Frage: Wenn ich zwei Konstant-Spannungsquellen habe, wo die eine auf 9V geeicht ist, die andere auf 12V, liegte es auf der Hand, WARUM ich diese nicht parallel schalten darf. Denn entweder will ich 12V haben, oder 9V. Beides gleichzeitige geht nicht. Ich kann ja von meinem Auto auch nicht verlangen, dass es 30 und 50 km/h gleichzeiting fährt ;-))
Die Worte "Stromquelle" und "Spannungsquelle" sind Wortschöpfung
derselben Leute, die auch für das Pisa-Chaos und den hundsmisserablen
Bildungsstand in deutschen Schulen und Unis verantwortlich sind
So wie ich das Verstanden habe, ist Stromquelle ein Überbegriff zu Konstantstromquelle und gesteuerter Stromquelle.
Was die Parallelschaltung von Spannungsquellen betrifft ist, das bei reellen Quellen Standart und wird so ziemlich bei jedem Hochstrom-Akkupack gemacht. Aber ja es geht hier um ideale Quellen da ist das nicht möglich.
Was aber möglich ist, ist die schaltungstheoretische Betrachtung einer Stromquelle mit Konstantspannungsquelle in Reihe. So wird eigentlich jeder Transistorverstärker nach der Linearisierung gerechnet. Der Transistor ist dann die gesteuerte Stromquelle, die Versorgungsspannung die Konstantspannungsquelle.
So wie ich das Verstanden habe, ist Stromquelle ein Überbegriff zu Konstantstromquelle und gesteuerter Stromquelle.
Sag ich doch, "Pisa-Zucht". Das Wort ist nicht nur unnötig und reduziert das "gefühlte" Verständnis der Elektrotechnik, sondern es springen mittlerweile tausende ausgebildete Fachleute "da draußen" rum, die tatsächlich der Meinung sind, aus einer "Stromquelle" kommt nur Strom und aus einer "Spannungsquelle" nur Spannung.
Deine Bezeichnung "gesteuerte Stromquelle" und "Konstantspannungsquelle" ist alles in Ordnung, und jeder versteht den Sinn allein durch Nachdenken. Bei einer "Stromquelle" oder "Spannungsquelle" werden die Gedanken im Zirkelschluss gefangen. Dazu kommt, dass -früher- jeder Akku, jede Batterie ... alles was Energie liefert ... als Stromquelle bezeichnet wurde. Daher hat die Stromquelle nun in der Bedeung eine ungewollte Doppelfunktion, die dazu führt, dass die Fachleute aneinander vorbei reden, was bis zu Streitereien führt (ich habe es selbst erlebt).
Naja ich persönlich verwende öfters das Wort Spannungsquelle oder Stromquelle alleine öfters, weil sich Konstant oder gesteuert einfach aus dem Kontext des öfteren ergibt.
zB eine Stromquelle liefert einen Strom von 10A, ist hier logisch, dass es eine Konstantstromquelle ist etc.
Die Tatsache, dass eine Spannungsquelle auch Strom liefern muss und umgekehrt, ergibt sich für mich schon alleine aus dem Verständnis des Ohmschen Gesetzes und der Kirchhoffschen Regeln. In so fern sollte eigentlich jeder "Fachmann" das auch erkennen.
Aber ich stimme dir zu dass das Wort an sich vielleicht verwirrend aufgefasst werden könnte, allerdings sollte das in einer fundierten Ausbildung erklärt und auch vermittelt werden, ansonsten hat man sein Fach nicht wirklich verstanden.
Die Sache mit der eingebürgerten Bezeichnung für Stromquelle habe ich auch schon des öfteren gelesen und ja das führt oft zu Missverständnissen, da gebe ich dir vollkommen Recht, aber wie oben sollte das eigentlich jedem Fachmann bekannt sein, dass es in der Schaltungstheorie anders genannt wird als im Volksmund.
Naja sofern die Stromquellen den selben Strom liefern und die Spannungsquellen die selbe Spannung ist das schon möglich.
Im allgemeinen begrenzen sich die Quellen aber gegenseitig, zwei Ideale Stromquellen in Serie werden immer den Strom der schwächeren Quelle liefern. Zwei Spannungsquellen Paralell die niedrigere Spannung.
Bei Idealen Quellen gibt es aber da ein Mathematisches Problem, weil die Spannungen an den Stromquellen theoretisch unendlich werden und bei den Spannungsquellen wird Strom unendlich.
Mit nichtidealen Quellen ist das aber kein Problem und wird auch in der Technik zum teil gemacht. Zb zwei Batterien parallel schalten um den Maximalstrom zu erhöhen.
Könntest du mir erklären, wieso die Spannung unendlich wird? Danke
Naja Stromquellen, wollen immer den eingeprägten Strom liefern.
Wenn jetzt also Stromquelle 1 1A liefert und Stromquelle 2 2A dann wird Stromquelle 2 eine unendlich hohe Spannung aufbauen um 2A zu treiben.
Nach der Kirchhoffschen Maschenregel muss aber auch eine Spannung an Stromquelle 1 abfallen, weil jetzt der Strom in der Schaltung 1A ist und Stromquelle 1 diesen halten will, muss unendlich viel Spannung an dieser Stromquelle abfallen.
Stromquellen, wollen immer den eingeprägten Strom liefern
Da ist wo Strom eingeprägt? Seltsame Ansicht.
@prohaska
das ist nicht seltsam, sondern so werden Stromquellen definiert.
bezieht sich auf elektronisch emulierte Stromquellen, die mit einer Regelschaltung den Strom konstant zu halten versuchen, nicht auf Stromquellen für beliebige Ströme, wie z.B. Batterien.
Das ist einfach die Definition einer Stromquelle. Konstanter Strom durch die Quelle unabhängig vom angeschlossenen Verbraucher => eingeprägter Strom.
Stromquelle eingeprägter Strom durch die Quelle.
Spannungsquelle eingeprägte Spannung an der Quelle.
Naja es geht hier um Ideale Stromquellen, also theoretische Zweitore, die kann man aber nicht mit Schaltungen nachbauen, das sind dann immer nur Stromquellen, welche aber nur in einem gewissen Bereich "Quasiideal" arbeiten.
Eine Batterie ist allerdings auch keine Stromquelle sondern eine Spannungsquelle (natürlich auch nicht ideal) ;)
Die Problematik ist gar nicht so theoretisch. In der Praxis wird man damit konfrontiert, wenn man zwei Akkus parallel schaltet.
Im Wohnmobilsektor ist die Frage "darf man das?" an der Tagesordnung. Da geht es darum, dass ein 12V(Blei)Akku nicht reicht, um die angestrebte Kapazität (Ah=Amperestunden) zu erreichen, und da werden eben zwei oder mehr parallel geschaltet.
Duch den extrem kleinen Innenwiderstand (ich will exemplarisch mal nur vom Blei-Säure-Akku reden, also normale Starterbatterie) folgen die Probleme auf dem Fuß. Je kleiner der Innenwiderstand, desto größer schaukeln sich minimalste Toleranzen (Alter, Füllstand, Temperatur, Säurestand ... uvm.) zu parasitären Effekten hoch, die man nciht will, und auch kaum in den Griff kriegen kann: Es fließen Ausgleichsströme von Batterie zu Batterie!
Theoretisch kann man das nur mit Dioden in den Griff kriegen, aber solche Dioden im 12V Hochstrombereich verbieten sich von selbst. Selbst Schottky-Dioden mit 0.3V Spannungsabfall erzeugen z.B. bei 200 A eine Verlustleistung von 60W, was nach sehr kurzer Zeit heiß wie eine Ofenplatte wird.
Ich hatte das Problem vor kurzem und habe davon abstand genommen, meine drei Bordbatterien dauerhaft parallel geschaltet zu lassen. Das ist mir zu heiß und wenn nur eine Zelle Toleranzen > x% kriegt, fliegt mir der Aufbau mit 1000 Ampere in Sekundenbruchteilen um die Ohren.
Nein die Problematik ist an sich nicht theoretisch wenn man sich auf reelle Quellen bezieht.
Das Parallel Schalten der Akkus ist aber Standart und wird häufig gemacht. Sofern die Akkus parallel geladen werden und nicht vollgeladen zusammengeschalten werden, halten sich die Ausgleichsströme in Grenzen und es ist möglich.
Auch unterschiedliche Alterung führt jetzt auch nicht zu hohen Ausgleichsströmen, sofern die Akkus immer in Parallel verschalten bleiben, das wird erst zum Problem wenn die Akkus getrennt gelagert werden und anschließend wieder zusammengeschalten werden.
Die Parallelisierung ist auch mit anderen Akkutypen zB Lipos möglich, obwohl diese Empfindlicher sind als Bleiakkus.
Die Stromquellen arbeiten sonst gegeneinander. Die eine versucht einen Strom von z.B. 1,1 A aufrechtzuerhalten, die andere z.B. auf 1 A zu reduzieren. Wenn es wirklich ideale Quellen sind, liefert erstere dann am Ende eine Spannung von Unendlich, letztere eine Spannung von minus Unendlich. Das ist alles nicht definiert, was da rauskommt.
Bei Spannungsquellen sieht man es auch in der Praxis, also bei nichtidealen Quellen wie etwa Batterien. Schaltest du zwei davon parallel und haben sie nicht EXAKT denselben Ladezustand und damit dieselbe Klemmenspannung, fließen hohe Ausgleichsströme von einer in die andere.
Eine Autobatterie z.B. ist doch wohl eine Stromquelle. Der Strom dort wird geliefert duch 6 in Reihe geschaltete Quellen. Warum soll das nicht gehen?
Eine Autobatterie ist eine Spannungsquelle und keine Stromquelle. Zudem ist das eine reelle Quelle und keine ideale wie in der Frage.
Welche Aufgabe im Auto hat sie dann, wenn sie keinen Strom liefert?
Einen Spannungsquelle liefert auch Strom, genau so wie eine Sromquelle auch Spannung erzeugt. ;)
Sie ist aber als Spannungsquelle (genauer Konstantspannungsquelle) definiert, weil die Spannung eben über einen weiten Belastungsbereich beinahe konstant ist. Der Strom ergibt sich über U/R
Bei einer Stromquelle, wäre der Strom unabhängig vom äußeren Widerstand und das würde bedeuten, die Batterie liefert unabhängig von der Belastung immer 100A was natürlich nicht der Fall ist. Die Spannung ergibt sich hier über R*I
Beim Experimentieren benutze ich (??)-Quellen, die zwei Regler haben, einen für Strom und einen für Spannung. Der jeweils eingestellte Wert wird nicht überschritten. Das wäre dann, je nach dem, welchen Regler man benutzt, Strom- oder Spannungsquelle. Richtig?
Es kommt drauf an welche Regelung gerade aktiv ist, bei einem Labornetzteil handelt es sich normal um eine Spannungsquelle mit Strombegrenzung.
Das bedeutet wenn du die Spannung einstellst und der Verbraucher weniger als den eingestellten Strom zieht, ist das Netzteil eine Spannungsquelle.
Sobald die Strombegrenzung aktiv wird, ist es eine Stromquelle.
Die Aussage, man dürfe sie nicht zusammenschalten, gilt bei Stromquellen nur für Konstant-Stromquellen.
Konstantstromquellen enthalten einen Regelkreis, der die Spannung so regelt, dass ein bestimmter Strom fliesst. Wenn man eine Stromquelle für eine höhere Stromstärke in Reihe schaltet, versucht sie, die Spannung so weit zu erhöhen - gegen das Bestreben der ersten Stromquelle - dass ein höhere Strom fliesst. Sie werden also gegeneinander arbeiten, und der Stärkere siegt.
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Spannungsquellen sind fast immer Konstantspannungsquellen. Wenn sie einen geringen Innenwiderstand haben und nicht auf die exakt gleiche Spannung eingestellt sind, werden sehr hohe Ausgleichströme fliessen.
z.B. wenn man 2 Autoakkus parallel schalten will, die unterschiedlich geladen sind, fliesst im ersten Moment ein sehr grosser Umladungsstrom. Je nach Bauart, kann das zur Zerstörung eines oder beider führen. Parallelschalten von Akkus mit unterschiedlicher Nennspannung führt meist zur Zerstörung und Brandgefahr.
P.S. ideale Spannungsquellen haben einen Innenwiderstand = 0. Wenn man sie parallel schaltet wäre der Ausgleichstrom unendlich gross.
Also jetzt falle ich bald um. Siehe mein Beitrag oben oder unten.
Bitte nicht persönlich nehmen, aber unterscheidet die "moderne Elektrotechnik" nun auch schon zwischen "Stromquellen" und "Konstant-Stromquellen"?
Da stelle ich mich mal ganz dumm hin und frage höflich:
Was ist der Unterschied zwischen einer Stromquelle und einer Konstant-Stromquelle?
Die Aussage gilt auch für gesteuerte Quellen.
Eigentlich sogar ganz besonders für diese.
Es geht hier um die Idealen Quellen, diese existieren nur in der Schaltungstheorie und haben kein physikalische Äquivalent.
Wenn wir uns also in der Schaltungstheorie befinden können wir 2 Konstantspannungsquellen mit 12V parallel schalten, denn diese 12V sind in der Theorie 100% genau und es fließt einfach gesagt kein Strom.
Natürlich führt das zu einem Mathematischen Problem nämlich 0/0 für den Strom, aber das Klammern wir aus, weil es aus bei idealen Quellen unnötig ist diese so zusammenzuschalten. Aus diesem Problem kann man aber auch diese Regel ableiten.
Bei Idealen gesteuerten Quellen ist es aber anders, diese können auch so auftreten zB in Transistorendstufen.
Wenn man das jetzt einfach Blind rechnet kommt man auf eine Leerlaufspannung von Unendlich.
Natürlich ist diese Rechnung falsch denn ein Transistor ist in der Sättigung nicht mehr linear somit gilt das Kleinsignalersatzschaltbild nicht mehr, aber dieser Fehler wird oft bei Berechnungen gemacht.
Klasse erklärt.