(ET2-10) Ideale und reale Stromquellen

In diesem Kurstext stellen wir dir als angehenden Techniker ausführlich elektrische Stromquellen vor, die du als Techniker im Job später kennen solltest.

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

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.

undefiniert

Was sagt der Techniker dazu?

Der Techniker 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 Techniker 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

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 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.

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.

wie gehts weiter

Wie geht's weiter?

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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