(ET2-10) Ideale und reale Stromquellen [Erklärung, Formeln, Beispiele, Lernclips]

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Inhaltsverzeichnis:

In diesem Kurstext stellen wir dir als angehenden Techniker oder Ingenieur ausführlich elektrische Stromquellen vor, die du als Experte im Job später kennen solltest. Das Thema ist, sofern ein Mal verstanden, nicht wirklich kompliziert. Nun geht es los!

Für ein optimales Verständnis helfen dir drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET2-Gleichstromtechnik

 

Merk’s dir!

Stromquellen haben zwei Ausprägungen, denn diese können real oder ideal sein.

 

Ideale und reale Stromquelle
Ideale und reale Stromquelle
Stromquellen – Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen

 

Unter einer Quelle versteht der Techniker ein elektronisches Bauteil (Bild oben) oder auch eine elektrische Schaltung mit zwei Anschlüssen, die einen elektrischen Strom liefern.

Dieser Vorgang erfolgt unabhängig von der Spannung, die an den Klemmen entsteht.

Merk’s dir!

Die Spannung wird bei Stromquellen von anderen Elementen im Schaltkreis reguliert. 

Ideale Stromquellen

Bei einer idealen Quelle, auch als Konstantstromquelle bezeichnet, fließt der elektrische Strom durchgehend.

Was sagt der Experte dazu?…

Der Experte verwendet den Begriff Quellenstrom I_q.

 

Theoretisch könnte eine ideale Quelle unendlich viel Energie in Form von elektrischen Strom liefern, denn hier ist I_q = konst.

Die Werte für diesen Strom können

  • negativ

oder

  • null 

oder

  • positiv sein.

 

Wie hoch die vorliegende Spannung ist, wird durch den angeschlossenen Verbraucher bestimmt.

 

Merk’s dir!

Als angehender Experte solltest du wissen, dass bei einer idealen Quelle kein Leerlauf auftreten darf. Denn ohne kann kein Strom fließen und somit ist I_q \not= 0 .

Wenn du diesen Widerspruch ganz einfach vermeiden möchtest, so musst du die Klemmen mit einem Leiter verbinden.

 

Schaltzeichen für ideale Stromquellen

In der nächsten Abbildung siehst du die Darstellung einer idealen Quelle, so wie du sie in Schaltplänen findest:

Schaltzeichen - Ideale Stromquellen
Schaltzeichen – Ideale Stromquellen
Schaltzeichen – Ideale Stromquellen

 

Merk’s dir!

Die Richtung des Stromzählpfeils sollte immer so gewählt werden, dass der Quellenstrom positiv wird. Letzteres setzt natürlich voraus, dass dir die Polarität der Quelle bekannt ist.

 

Reale Stromquellen

Reale Stromquellen, auch als elektronisch geregelte Konstantstromquellen bekannt, erlauben dem Techniker innerhalb eines Stromkreises die Spannung einzustellen. Und außerdem hat er die Möglichkeit diese auch entsprechend zu begrenzen.

Ähnlich wie bei der realen Spannungsquelle können nur positive Ströme fließen.

 

Darstellung der Stromquellen im Koordinatensystem

Sowohl die ideale als auch die reale Quelle können in einem Koordinatensystem dargestellt werden. Die I-U-Kennlinie (Strom-Spannung-Kennlinie) verläuft aber jeweils anders.

 

I-U-Kennlinie – Ideale Stromquelle

Bei einer idealen Quelle verläuft die lila Linie (I_Q) durch zwei (Q2+Q4) der vier Quadranten (Q1-Q4).

Die Spannung wir hier dadurch gekennzeichnet, dass sie sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann.

I-U-Kennlinie - Ideale Stromquellen
I-U-Kennlinie – Ideale Stromquellen
I-U-Kennlinie – Ideale Quelle

 

U-I-Kennlinie – Reale Stromquellen

Wenn uns eine reale Quelle vorliegt, so verhält sich die Kurve anders. Denn hier verläuft die Linie lediglich innerhalb eines Quadranten (Q2).

Entsprechend kann die Spannung nur Werte zwischen null und dem Maximalwert annehmen, somit werden ausschließlich positive Werte angenommen.

I-U-Kennlinie-Reale-Stromquellen
I-U-Kennlinie-Reale-Stromquellen
I-U-Kennlinie-Reale-Stromquellen

 

Unterschiede reale und ideale Quelle:

Wenn du dir sicher bist, dass du noch nicht genug über reale und ideale Quellen weißt, damit du diese unterscheiden kannst, so folgt nun noch eine kleine Ergänzung. Als Unterscheidungskriterium dient uns der Innenwiderstand.

Ideale Stromquelle weist einen unendlich großen Innenwiderstand R_I auf.

R_I = \infty

Reale Stromquelle weist einen endlichen Innenwiderstand R_I auf.

R_I < \infty

 

Fazit

Um eine reale Quelle an eine ideale Quelle anzugleichen, sollte der Innenwiderstand der Schaltung so groß wie möglich ausfallen.

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem wir uns jetzt mit dieser Thematik ausreichend beschäftigt haben, wollen wir im nächsten Kurstext ausführlich die Kirchhoffschen Regeln im Detail betrachten. Die Regeln nach Kirchhoff helfen uns Größen innerhalb von elektrischen Netzwerken mit Hilfe von Knoten und Maschen zu ermitteln.

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