Ist Stromquelle auch eine Spannungsquelle?

Ich bin verwirrt zwischen Strom- und Spannungsquellen; Ich bekomme die Definition des Lehrbuchs, kann aber den Unterschied in der realen Welt nicht verstehen. Für mich scheinen sowohl Strom- als auch Spannungsquellen gleich zu sein. Ich verstehe, dass es keine idealen Quellen gibt. Was ist ein Beispiel für eine praktische Stromquelle? Um Strom zu erzeugen, brauchen wir Spannung. Ist also eine Stromquelle nicht auch eine Spannungsquelle? Da eine Batterie eine Spannungsquelle ist und Strom erzeugt, wenn sie an einen Stromkreis angeschlossen wird, ist sie nicht auch eine Stromquelle?

Bitte helfen Sie mir zu verstehen, wie die Stromquelle in der Praxis verwendet wird und wie sie sich von einer Spannungsquelle unterscheidet.

Eine Spannungsquelle liefert eine konstante (oder nur geringfügig schwankende) Spannung bei jedem benötigten Strom (in realen Stromversorgungen bis zur Grenze des Stroms, den sie liefern kann), soweit dies dem Ideal entspricht.

Eine Stromquelle liefert einen konstanten (oder nur geringfügig variierenden) Strom bei jeder benötigten Spannung (in realen Stromversorgungen bis zur Grenze der Spannung, die sie liefern kann), soweit dies dem Ideal entspricht.

Wenn Sie eine Spannungsquelle kurzschließen, treten extrem große Ströme auf (und normalerweise wird eine Sicherung durchgebrannt / ein Leistungsschalter ausgelöst usw.).

Wenn Sie eine Stromquelle kurzschließen, erhalten Sie den Nennstrom bei extrem niedriger Spannung, und es passiert nichts Aufregendes.

Wenn Sie eine Spannungsquelle unterbrechen, sitzt sie dort mit ihrer Nennspannung und macht nichts Interessantes.

Wenn Sie eine Stromquelle unterbrechen, wird die maximale Spannung erreicht. Wenn es eine ideale Stromquelle wäre, würde es sich selbst auf genügend Kilovolt bringen, um einen Lichtbogen zu bilden und den Nennstrom im Plasma fließen zu lassen. Aus diesem Grund wollen wir in den meisten Situationen keine idealen Stromquellen.

Eine ideale Spannungsquelle würde unabhängig vom entnommenen Strom eine definierte Spannung aufrechterhalten.

Eine ideale Stromquelle würde einen definierten Strom unabhängig von der anliegenden Spannung aufrechterhalten.

Keines dieser Dinge existiert tatsächlich. Beides sind Vereinfachungen, die wir bei der Analyse von Schaltkreisen verwenden. Selbst wenn wir sie bauen könnten, würden wir es wahrscheinlich nicht wollen. Ein Gerät mit unendlicher Leerlaufspannung oder unendlichem Kurzschlussstrom wäre äußerst gefährlich.

Eine reale Spannungsquelle hält über einen definierten Bereich von Strömen eine Spannung nahe an ihrem definierten Wert.

Eine reale Stromquelle hält über einen definierten Spannungsbereich einen Strom nahe an ihrem definierten Wert.

Einige Quellen können beide Verhaltensweisen aufweisen. Ein typisches Labornetzteil ist ein gutes Beispiel. Bei niedrigen Strömen wird eine bestimmte Spannung beibehalten, aber sobald der Strom einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird die Spannung reduziert, um einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten.

Eine ideale Stromquelle in Parallelschaltung mit einem Widerstand entspricht einer idealen Spannungsquelle in Reihe mit einem Widerstand. Der Widerstandswert ist in beiden Fällen gleich und wird als "Ausgangsimpedanz" bezeichnet. Die Spannung-Strom-Kennlinie eines solchen Stromkreises ist eine gerade Linie zwischen der Leerlaufspannung und dem Kurzschlussstrom. Allgemeiner können wir die Ausgangsimpedanz als dv / di betrachten.

Sie können also entscheiden, welche Quellenimpedanz akzeptabel ist, damit die Stromschwankung über den Ausgangsspannungsbereich ausreichend klein ist, und dann den Stromkreis von einer Stromquelle mit Parallelwiderstand in eine Spannungsquelle mit Vorwiderstand umwandeln.

In der Praxis funktioniert das nicht so gut. Um mit diesem Verfahren eine hohe Ausgangsimpedanz zu erhalten, ist eine Hochspannungsquelle erforderlich, die ineffizient ist und Sicherheitsrisiken verursachen kann. Eine typische Stromquelle beinhaltet also eine Art Rückkopplung, um die Spannung in Abhängigkeit von der Last einzustellen. Für eine solche Quelle ist der Spannungs-Strom-Graph im Allgemeinen keine gerade Linie, und daher variiert die Ausgangsimpedanz in Abhängigkeit von der Spannung an der Quelle.

Typischerweise wird dazu eine Transistor- oder Operationsverstärkerschaltung verwendet. Abhängig von den Eigenschaften, die die Quelle haben muss, gibt es viele Variationen.

Was ist ein Beispiel für eine praktische Stromquelle ?

Beim Lichtbogenschweißen müssen Sie je nach verwendetem Verfahren entweder eine Konstantstromquelle (CC) oder eine Konstantspannungsquelle (CV) verwenden. Einige der gängigsten Schweißverfahren verwenden Konstantstromversorgungen (z. B. SMAW, GTAW).

Wenn ein SMAW-Schweißer ("Stabschweißen") schweißt, zeigt die Konstantstromquelle eine relativ kleine Änderung der Stromstärke im Vergleich zu einer großen Änderung der Spannung .

Anhand einiger beispielhafter Betriebsparameter für eine CC-Stromquelle haben wir die Maschine auf 300 A eingestellt und überprüfen die Spannung und Stromstärke an der Stromquelle, während der Bediener die Lichtbogenlänge ändert, indem er die Elektrode näher oder weiter von der Arbeit entfernt hält:

• Kurzer Lichtbogen: 30V - 308A
  
• Idealer Lichtbogen: 32V - 300A
  
• Langer Lichtbogen: 34V - 290A
  

Hier ist eine relativ kleine Änderung der Stromstärke von 18 A bei einer vergleichsweise großen Änderung der Spannung von 4 V zu sehen.

Um Strom zu erzeugen, brauchen wir Spannung. Ist also eine Stromquelle nicht auch eine Spannungsquelle?

Nein. Stromquelle und Spannungsquelle sind theoretische Definitionen , die existieren, um elektrische Schaltkreise zu analysieren. Wenn Sie sich die Definitionen ansehen, können sie nicht beide zutreffen.

Das Wesentliche ist, dass eine Stromquelle einen einigermaßen stabilen (dh konstanten ) Strom liefert und eine Spannungsquelle eine vorhersagbare Spannung liefert (z. B. 12-V-Batterien, 120-V-Steckdosen).

Bei idealen Strom- und Spannungsquellen ist das so.

Der durch eine Stromquelle fließende Strom wird von der Stromquelle auf einen konstanten Wert festgelegt. Die Spannung an einer Stromquelle kann einen beliebigen Wert annehmen.

Die von einem Anschluss zum anderen einer Spannungsquelle gemessene Spannung wird durch die Spannungsquelle auf einen konstanten Wert festgelegt. Der Strom durch die Spannungsquelle kann einen beliebigen Wert annehmen.

Ist das sinnvoll?

Mein Verständnis ist , dass eine reale Stromquelle , um die Ausgangsspannung stellt den angegebenen Strom fließt durch die Schaltung zu gewährleisten, während eine Spannungsquelle eine bestimmte Spannung an bis zu einem Nennstrom erzeugt. Aber ich denke, beide sind technisch gesehen Spannungsquellen (Potentialquellen), wobei eine variable Spannung und die andere feste Spannung ist.

In Bezug auf die Strombeschaffung hatte ich vor Jahren eine mentale Blockade, bis ein Ausbilder die einfache Aussage machte, dass "die Fähigkeit, Strom zu beziehen, in Gleichungen als unendlich angenommen wird, aber im wirklichen Leben immer durch die Fähigkeiten der Quelle begrenzt ist".

Sie haben Recht, wenn Sie glauben, dass es in der realen Welt keine ideale Spannungsquelle oder ideale Stromquelle gibt.

Stattdessen gibt es nur Quellen, die sowohl Spannung als auch Strom liefern. Der Unterschied besteht darin, welcher der Parameter von der Quelle und welcher von der Last gesteuert wird .

Für einfache ohmsche Lasten haben Sie das Ohmsche Gesetz, das es gut illustriert.

Sie haben drei Parameter - Spannung, Strom und Widerstand. Das Ohmsche Gesetz verknüpft die drei zu einer sehr einfachen Formel -$I=\frac{V}{R}$

Wenn Sie zwei dieser Werte haben, können Sie den dritten berechnen.

Mit einer (konstanten) Spannungsquelle haben Sie einen festen Wert von und einen bekannten Wert von (dem Lastwiderstand), so dass der Strom variabel ist und berechnet werden kann.R $V$$R$$I$

Umgekehrt haben Sie für eine (konstante) Stromquelle einen festen Wert von und einen bekannten Wert von sodass die Spannung variabel ist und berechnet werden kann.R $I$$R$$V$

Also zusammenfassend:

• In einer Spannungsquelle ist die Spannung fest und der Strom ändert sich abhängig von der Last
• In einer Stromquelle ist der Strom fest und die Spannung ändert sich abhängig von der Last

Nur um ein paar mathematische Faktoren hinzuzufügen: V = RI (Ohmsches Gesetz). Was die Spannungsquelle nun mathematisch sagt, ist, dass V konstant ist. Machen Sie daher (RI) eine Konstante, was dies implizieren würde

1. Zur Widerstandserhöhung (LOAD) wird weniger Strom gezogen.
2. Die Verlustleistung ist jedoch gleich, was bedeutet, dass der Strom im Stromkreis geringer sein kann, wenn die benötigte Leistung gleich ist.

Das Gegenteil geschieht für Stromquellen, bei denen selbst eine niedrige Spannung die erforderliche Leistungsbarriere erfüllen würde. Mathematisch ist dies der grundlegende Unterschied zwischen beiden Quellen.

Sie haben nach praktischen Anwendungen für Stromschleifen gefragt. Hier sind ein paar. Einige sind historisch und andere werden noch heute verwendet.

Frühe Teletyp- Maschinen, wie das Modell 15, verwendeten 60-mA-Stromschleifen zwischen Maschinen. Spätere Modelle, wie das Modell 33, verwendeten 20-mA-Schleifen. Der Vorteil in beiden Fällen ist, dass Sie ohne Repeater mehrere Meilen zwischen den Maschinen verlegen können, da der konstante Strom Verluste durch den Widerstand der Leitungen überwindet. Natürlich nahm der Spannungsabfall über diese Entfernungen mit zunehmender Entfernung zu, und einige Leitungen wurden mit Versorgungsspannungen von bis zu 125 V betrieben.

Ein weiterer Vorteil ist, dass Sie zusätzliche Maschinen in Reihe mit den anderen an beliebiger Stelle in der Schleife hinzufügen können. Die Stromversorgung gleicht dies automatisch aus, indem sie die Spannung erhöht, die die Schleife antreibt.

Diese Teletype-Schleifen verwendeten für eine "Leerzeichen" -Bedingung das Fehlen von Strom und für eine "Marke" das Vorhandensein von Strom in der Zeile. Da eine Abstandsbedingung (keine Daten) die Standardbedingung war, verringerte dies den Stromverbrauch in den Stromversorgungsschaltungen die meiste Zeit.

Teletyp-Automaten des Modells 33 wurden in den 1970er und 1980er Jahren häufig als Computerterminals für Minicomputer verwendet, weshalb die meisten von ihnen über eine 20-mA-Schnittstelle verfügten. Sogar die ursprüngliche serielle Karte für den IBM-PC enthielt Vorkehrungen für eine Stromschleifenschnittstelle.

MIDI ist ein weiteres Beispiel für ein Current-Loop-Interface. Es werden 5 mA verwendet.

Eine andere Art von Stromschleife wurde und wird an einigen Stellen zur Instrumentierung verwendet. Es wird als 4-20-mA-Stromschleife bezeichnet (10-50 mA wurden ebenfalls verwendet). Anders als der Konstantstrom in den oben beschriebenen Schleifen zum Senden von Digitaldaten werden die 4-20-mA-Schleifen zum Übermitteln von Instrumentenmesswerten wie Druck, Temperatur, Füllstand, Durchfluss, pH-Wert oder anderen Prozessvariablen verwendet. Normalerweise stehen 4 mA für einen Messwert von 0 und 20 mA für einen Skalenendwert. Wenn also der volle Messbereich eines Instruments 160 wäre, würde jede Erhöhung des Stroms um 100 µA eine Erhöhung des Messwerts um eins bedeuten.

Ein Gerät, das als Sender bekannt ist, wird verwendet, um den Messwert in einen variierenden Strom umzuwandeln. Moderne sind ziemlich komplex .

Wie die digitalen 20-mA- und 60-mA-Schleifen besteht ein Vorteil der 4-20-mA-Stromschleifen darin, dass sie beispielsweise über große Entfernungen über ein Telefonpaar geführt werden können.

Der Grund, warum sie mit 4 mA anstelle von 0 mA begannen, ist, dass letzteres verwendet wurde, um einen Fehler anzuzeigen (offener Regelkreis).

Versuchen Sie, über diesen Begriff nachzudenken - langsam und ruhig. Strom ist real. Es ist eine physikalische Realität [Elektronen bewegen sich auf irgendeine Weise]. Es ist messbar. Es ist variabel [mehr oder weniger bewegte Elektronen]. Es kann mit einer Reihe von Instrumenten [Elektronenmikroskop] gesehen werden. Schritt 1 besteht also darin, sich mit der Existenz der mechanischen Form des elektrischen Stroms auseinanderzusetzen - sie existiert. Spannung ist nicht real. Es hat keinerlei mechanische Bestandteile. Für alle von Ihnen, die fälschlicherweise glauben, dass BEIDE Ströme und Spannungen real sind und existieren und voneinander abhängen, um eine weitere Bedeutung zu haben - Sie irren sich. Der Begriff Spannung musste früher beschrieben werden, um Elektrizität auf einfache Weise zu erklären, anstatt das Thema verwirrt und unerklärt zu lassen. Der entscheidende Punkt, der hier zu erfassen ist, ist die Bedeutung von EXIST !. Strom ist vorhanden. Es ist eine mechanische Komponente [es hat Masse], die mehrere Bausteine ​​[Elektronen; Teilchen; Atomstruktur plus Wechselwirkung zwischen den Bestandteilen nach den Gesetzen der Physik. Spannung existiert NICHT, weil sie keine Masse hat. Wir erzeugen den Wert der Spannung selbst, indem wir ein speziell entwickeltes und beschriftetes Messgerät in einen geschlossenen Stromkreis einfügen, der die Fortsetzung oder den Beginn eines Stromkreislaufs ermöglicht. Abhängig von den physikalischen Parametern [auf Elektronenebene] der Schaltung, hängt es davon ab, was wir auf unserem bescheidenen Spannungsmessgerät sehen. Interessanterweise müssen wir SPANNUNG NIEMALS als separaten Parameter definieren, wenn wir uns nur an die Realität der beiden Schaltungsbestandteile halten möchten, die tatsächlich existieren und den Elektronenfluss genau definieren [Schaltungswiderstand und Strom].