Versuch2 Spannungsquellen
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Fachhochschule Dortmund FB Informations- und Elektrotechnik Versuch 2 Spannungsquellen FVT - GP SS 1. Allgemeines Spannungsquellen gehören zu den Grundelementen der Elektrotechnik. Sie werden eindeutig beschrieben durch den Innenwiderstand ( Quellenwiderstand) RQ und die Leerlaufspannung U0. 1.1 Ideale Spannungsquelle: Bei einer idealen Spannungsquelle ist der Innenwiderstand Null, die Spannung U0 ist eine konstante Größe Das Symbol der idealen Spannungsquelle ist: U0 Die beiden waagerechten Striche deuten an, dass es sich um eine Gleichspannungsquelle handelt. 1.2 Reale Spannungsquelle: Die reale Spannungsquelle ist durch einen zusätzlichen Quellenwiderstand charakterisiert. RQ U0 U Die Spannung an den Klemmen der Quelle ist jetzt lastabhängig, nur im Leerlauf ist U = U0 . Die Autobatterie kann man als Spannungsquelle betrachten. Der Innenwiderstand ist niedrig (Milliohm-Bereich), weshalb auch große Lastströme fließen können. Im geladenen Zustand ist der Innenwidertsand nahezu konstant – sofern die Batterie „gesund“ ist. Im Bordnetz treten auch Wechselströme als Überlagerung zum Gleichstrom auf. Die Batterie ist dann mit einen komplexen Innenwiderstand zu charakterisieren. Die Messung des komplexen Widerstands liefert Informationen über den Lade- und Gesundheitszustand der Batterie. (State of Health and Capacity) Seite 1 von 5 Fachhochschule Dortmund FB Informations- und Elektrotechnik Versuch 2 FVT - GP SS Spannungsquellen In modernen Kfz ist das sehr wichtig, weil die Gefahr besteht, die Batterie durch eine negative Ladebilanz soweit zu entleeren, das ein Startversuch nicht mehr möglich ist. In diesem Versuch werden einige Methoden vorgestellt, den konstanten Innenwiderstand von Gleichstromquellen zu messen. 2. Messung von Innenwiderständen 2.1 a) galvanisches Element 2.1 b) Blei - Akkumulator Messverfahren: a) und b) Messung der Leerlaufspannung U0 mit hochohmigem Voltmeter Messung von U und I bei geeigneter Belastung der Quelle ∆U A RQ U0 U = U 0 − I ⋅ RQ I U V RQ = RL U 0 − U ∆U = I I 2.1.c Quelle mit hohem Innenwiderstand c.1 Belastung auf halbe Leerlaufspannung mi RL = RQ RQ U0 RL V Seite 2 von 5 U0 2 RQ = RL Fachhochschule Dortmund FB Informations- und Elektrotechnik Versuch 2 FVT - GP SS Spannungsquellen 2.1.c.2 Messung von Kurzschlußstrom IK und Leerlaufspannung U0 RQ U = U0 U0 RQ = IK U0 IK 2.1.c.3 Anwendung einer Kompensationsschaltung zur Messung von U0 der hochohmigen Quelle. RQ U0 A IG Ri MN UN B mit Hilfe der Gegenspannung UN wird der Ausgleichsstrom IG auf Null eingestellt. Daraus ergibt sich die Abgleichbedingung UN = UL (Die Gegenspannungsquelle hat einen vernachlässigbaren Innenwiderstand) a) Aufbau der Schaltung und Messen von UL b) Abschätzen des möglichen Fehlerstromes IGO bei Abgleich, der am Galvanometer G nicht mehr abgelesen werden kann. c) Für Fall b) , Abschätzen des Widerstandes Ri, der die hochohmige Spannungsquelle an den Klemmen A und B belastet. Seite 3 von 5 Fachhochschule Dortmund FB Informations- und Elektrotechnik Versuch 2 FVT - GP SS Spannungsquellen 2.1.d Messung des Innenwiderstands einer geladenen Autobatterie. Die Messung findet unter Anleitung statt, da eventuelle Kurzschlußströme sehr groß sein können und damit Brandgefahr besteht. Welches der vorher durchgeführten Messverfahren ist zweckmäßig? 2.1.e Messung des Innenwiderstands einer Solarzelle 2.1.f Messung des Innenwiderstands der 230V Spannungsversorgung (unter Aufsicht, nur unter Verwendung von genormten Leitungen) 3. Äquivalenz von Strom- und Spannungsquelle Geben sie zu allen gemessenen Spannungsquellen ein Ersatzschaltbild mit den Größen einer Ersatzstromquelle an. RQ U0 IK = Wie groß ist der Innenwiderstand einer idealen Spannungsquelle? Wie groß ist der Innenwiderstand einer idealen Stromquelle? Wie groß ist der Innenwiderstand eines idealen Spannungsmessgerätes? Wie groß ist der Innenwiderstand eines idealen Strommessgerätes? Seite 4 von 5 GQ Fachhochschule Dortmund FB Informations- und Elektrotechnik Versuch 2 Spannungsquellen FVT - GP SS 4. Konstantstromquelle Was ist eine Konstantstromquelle? Machen Sie einen Schaltungsvorschlag für eine 23mA AC-Konstantstromquelle mit möglichst wenigen Bauteilen unter Verwendung der 230V Wechselspannungsversorgung. Messen Sie den Strom bei drei verschiedenen Lastwiderständen: 10Ω,100Ω,1kΩ Seite 5 von 5
