„Gleichspannung“ – Versionsunterschied
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Eine '''Gleichspannung''' ist eine [[elektrische Spannung]], deren [[Augenblickswert]] sich über einen längeren Betrachtungszeitraum nicht ändert. Sie hat zu jedem Zeitpunkt dasselbe Vorzeichen und denselben Betrag. In erweiterter Bedeutung wird auch dann von Gleichspannung gesprochen, wenn bei einer sich periodisch ändernden Spannung der Gleichanteil vorrangige Bedeutung hat,<ref name="IEV">IEC 60050, siehe [https://www2.dke.de/de/Online-Service/DKE-IEV/Seiten/IEV-Woerterbuch.aspx?search=131-11-23 DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE: ''Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch''] Eintrag 131-11-23</ref><ref>DIN 5483-1:1983-06 ''Zeitabhängige Größen – Benennungen der Zeitabhängigkeit''</ref> und wenn dabei die Spannung nicht die [[Polarität (Physik)|Polarität]] wechselt. |
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International wird zur Kennzeichnung das Kürzel {{lang|en|''DC''}} für {{lang|en|''direct current''}} verwendet, welches [[Gleichstrom]] bedeutet, aber auch für Gleich''spannung'' verwendet wird (genauso wie {{lang|en|''AC''}} für [[Wechselstrom]]/[[Wechselspannung]]). |
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Eine Gleichspannung ist die Voraussetzung dafür, dass in einem [[Linearität| linearen]] Verbraucher (z. B. [[ohmscher Widerstand]]) ein [[Gleichstrom]] fließen kann. |
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[[Datei:Quelle U-Schaltzeichen.svg|mini|hochkant=0.8|[[Schaltsymbol|Schaltzeichen]] gemäß<ref>DIN EN 60617-2:1997-08 ''Graphische Symbole für Schaltpläne – Teil 2: Symbolelemente, Kennzeichen und andere Schaltzeichen für allgemeine Anwendungen''</ref> für eine ideale Gleichspannungsquelle mit der elektrischen Spannung <math>U</math>]] |
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== Erzeugung == |
== Erzeugung == |
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[[Galvanische Zelle]]n |
[[Galvanische Zelle]]n und [[Solarzelle]]n sind unmittelbar Gleichspannung erzeugende [[Spannungsquelle]]n. Ferner kann Gleichspannung aus einer Quelle von nur geringer Belastbarkeit entstehen, die aber als [[elektrisches Signal]] bedeutsam sein kann, beispielsweise [[Thermoelektrizität|Thermospannung]]. |
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[[Datei:Gleichrichter-Stromfluss.svg|mini|Eine durch Gleichrichtung und Glättung entstandene Spannung]] |
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Diese Wechselspannung kann mittels [[Halbleiter]]-[[Gleichrichter]] oder mechanischem Gleichrichter, dem [[Kommutator (Elektrotechnik) |Kommutator]], gleichgerichtet werden. Dabei entsteht eine [[Mischspannung]], deren [[Gleichwert|Mittelwert]] gemäß<ref name= "D83">DIN 5483-2:1982 ''Zeitabhängige Größen''</ref> und<ref name= "D110">DIN 40110-1:1994 ''Wechselstromgrößen''</ref> als Gleichspannung bezeichnet wird. Mit [[Glättungskondensator]]en, alternativ bei größeren Strömen oder bei getakteten Netzteilen auch mit vorgeschalteten [[Spule (Elektrotechnik)|Spulen]], kann der überlagerte Wechselanteil erheblich vermindert und der Gleichanteil bis fast zur [[Amplitude]] der ursprünglichen Wechselspannung erhöht werden. |
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Die in Kraftwerken von [[Elektrischer Generator|elektrischen Generatoren]] aufgrund einer Drehbewegung erzeugte elektrische Spannung ist hingegen eine Wechselspannung. Aus dieser kann mittels [[Gleichrichter]]n Gleichspannung erzeugt werden. Dabei entsteht primär eine [[Mischspannung]], deren [[Gleichwert|Mittelwert]] als Gleichspannung bezeichnet wird.<ref name="D83">DIN 5483-2:1982-09 ''Zeitabhängige Größen – Formelzeichen''</ref><ref name="D110">DIN 40110-1:1994-03 ''Wechselstromgrößen – Zweileiter-Stromkreise''</ref> Mit [[Glättungskondensator]]en, alternativ bei größeren Strömen oder bei getakteten Netzteilen auch mit vorgeschalteten [[Spule (Elektrotechnik)|Spulen]], kann der überlagerte Wechselanteil erheblich vermindert werden, so dass nur noch eine kleine [[Restwelligkeit]] bleibt; zugleich kann der Gleichanteil bis fast zum [[Scheitelwert]] der ursprünglichen Wechselspannung erhöht werden. Je größer die Kapazität des Kondensators bzw. die Induktivität der Spule ist, desto kleiner ist der [[Spitze-Tal-Wert]] der überlagerten Wechselspannung. Die zugehörige einem Verbraucher zur Verfügung gestellte Spannung kann nun als Gleichspannung betrachtet werden. Insbesondere bei der Anwendung in kommunikationstechnischen Anlagen ist nur eine sehr kleine Restwelligkeit erlaubt, um die empfindliche Elektronik nicht zu stören. In der [[Audiotechnik]] ist bei unzureichender Glättung ein [[Netzbrumm]] hörbar. |
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Je nach Erfordernis kann mit elektronischen [[Spannungsregler]]n weiter „geglättet“ werden. Hochwertige Spannungsregler werden mit (für sich alleine wenig belastbaren) [[Referenzspannungsquelle]]n angesteuert. |
Je nach Erfordernis kann mit elektronischen [[Spannungsregler]]n weiter „geglättet“ werden. Hochwertige Spannungsregler werden mit (für sich alleine wenig belastbaren) [[Referenzspannungsquelle]]n angesteuert. |
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Ferner entsteht Gleichspannung zum Beispiel durch [[Reibungselektrizität|Reibung]] und bei der Bildung von [[Gewitter]]n; diese ist aber technisch nicht nutzbar. |
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== Dreileiter-Gleichspannungs-System == |
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Ursprünglich musste Gleichstrom in Kraftwerken mit der relativ niedrigen „Steckdosen-Spannung“ für den Verbraucher, 110 oder 220 V erzeugt werden. Bei mehreren angeschlossenen Verbrauchern addiert sich die Gesamt-Stromstärke zu sehr hohen Werten, diese bedingen große Leitungsquerschnitte. Edison löste das Problem teilweise in dem er für eine zweit Gleichspannungsleitung nur einen weiten Leiter hinzu fügte, das Dreileiter-DC-System entstand. |
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Dadurch konnte die Beleuchtung weiterhin auf 100 bis 120 Volt betrieben werden, während für Motoren die doppelte Spannung zu Verfügung steht. Der mittlere Leiter wird weniger belastet. |
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[[File:Tree-wire-dc.tiff|thumb|drei Leitungen, zwei Phasen Spannungssystem]] |
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Später wurden diese Leitungen allerdings auf Wechselspannung umgebaut und zum Drehstromsystem High-Leg aufgrüstet. |
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== Schreibweise == |
== Schreibweise == |
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Das [[Formelzeichen]] für die [[physikalische Größe]] „elektrische Spannung“ ist |
Das [[Formelzeichen]] für die [[physikalische Größe]] „elektrische Spannung“ ist das <math>U</math>;<ref>DIN 1304-1:1994-03 ''Formelzeichen – Allgemeine Formelzeichen''</ref><ref>DIN EN 80000-6:2008-09 ''Größen und Einheiten – Teil 6: Elektromagnetismus'', Eintrag 6-11.3</ref> bei Verwechselungsgefahr mit [[Wechselspannung|Wechsel-]] oder [[Mischspannung]] wird eine Gleichspannung gekennzeichnet durch einen waagerechten Strich als Index an das ''Formelzeichen'', also <math>\textstyle U_-</math> .<ref name="D83" /><ref name="D110" /> Das ''[[Einheitenzeichen]]'' V für [[Volt]] soll ''nicht'' mit einem Kennzeichen versehen werden.<ref>DIN 1313:1998 ''Größen''</ref> Für eine Gleichspannung von 12 V ist |
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:<math>U_- =\;12\;\mathrm V</math> |
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⚫ | zu schreiben. Wenn der Strich nicht verwendet werden kann, wird abgeleitet vom angelsächsischen Sprachraum der Index DC verwendet – sowohl bei Strom als auch bei Spannung, also hier <math>U_\text{DC}</math>. Die Anfügung an das Volt als Einheitenzeichen <math>\mathrm{VDC}</math> oder <math>\mathrm{V\;DC}</math> ist auch nach internationaler Normung nicht erlaubt.<ref>DIN EN ISO 80000-1:2013-08, ''Größen und Einheiten – Teil 1: Allgemeines'', Abschnitt 7.2.1</ref> |
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:''U''_ = 12 V |
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Aktuelle Version vom 12. November 2023, 18:26 Uhr
Eine Gleichspannung ist eine elektrische Spannung, deren Augenblickswert sich über einen längeren Betrachtungszeitraum nicht ändert. Sie hat zu jedem Zeitpunkt dasselbe Vorzeichen und denselben Betrag. In erweiterter Bedeutung wird auch dann von Gleichspannung gesprochen, wenn bei einer sich periodisch ändernden Spannung der Gleichanteil vorrangige Bedeutung hat,[1][2] und wenn dabei die Spannung nicht die Polarität wechselt.
International wird zur Kennzeichnung das Kürzel DC für direct current verwendet, welches Gleichstrom bedeutet, aber auch für Gleichspannung verwendet wird (genauso wie AC für Wechselstrom/Wechselspannung).
Erzeugung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Galvanische Zellen und Solarzellen sind unmittelbar Gleichspannung erzeugende Spannungsquellen. Ferner kann Gleichspannung aus einer Quelle von nur geringer Belastbarkeit entstehen, die aber als elektrisches Signal bedeutsam sein kann, beispielsweise Thermospannung.
Die in Kraftwerken von elektrischen Generatoren aufgrund einer Drehbewegung erzeugte elektrische Spannung ist hingegen eine Wechselspannung. Aus dieser kann mittels Gleichrichtern Gleichspannung erzeugt werden. Dabei entsteht primär eine Mischspannung, deren Mittelwert als Gleichspannung bezeichnet wird.[4][5] Mit Glättungskondensatoren, alternativ bei größeren Strömen oder bei getakteten Netzteilen auch mit vorgeschalteten Spulen, kann der überlagerte Wechselanteil erheblich vermindert werden, so dass nur noch eine kleine Restwelligkeit bleibt; zugleich kann der Gleichanteil bis fast zum Scheitelwert der ursprünglichen Wechselspannung erhöht werden. Je größer die Kapazität des Kondensators bzw. die Induktivität der Spule ist, desto kleiner ist der Spitze-Tal-Wert der überlagerten Wechselspannung. Die zugehörige einem Verbraucher zur Verfügung gestellte Spannung kann nun als Gleichspannung betrachtet werden. Insbesondere bei der Anwendung in kommunikationstechnischen Anlagen ist nur eine sehr kleine Restwelligkeit erlaubt, um die empfindliche Elektronik nicht zu stören. In der Audiotechnik ist bei unzureichender Glättung ein Netzbrumm hörbar.
Je nach Erfordernis kann mit elektronischen Spannungsreglern weiter „geglättet“ werden. Hochwertige Spannungsregler werden mit (für sich alleine wenig belastbaren) Referenzspannungsquellen angesteuert.
Ferner entsteht Gleichspannung zum Beispiel durch Reibung und bei der Bildung von Gewittern; diese ist aber technisch nicht nutzbar.
Schreibweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Das Formelzeichen für die physikalische Größe „elektrische Spannung“ ist das ;[6][7] bei Verwechselungsgefahr mit Wechsel- oder Mischspannung wird eine Gleichspannung gekennzeichnet durch einen waagerechten Strich als Index an das Formelzeichen, also .[4][5] Das Einheitenzeichen V für Volt soll nicht mit einem Kennzeichen versehen werden.[8] Für eine Gleichspannung von 12 V ist
zu schreiben. Wenn der Strich nicht verwendet werden kann, wird abgeleitet vom angelsächsischen Sprachraum der Index DC verwendet – sowohl bei Strom als auch bei Spannung, also hier . Die Anfügung an das Volt als Einheitenzeichen oder ist auch nach internationaler Normung nicht erlaubt.[9]
In bestimmten Zusammenhängen (vorzugsweise bei Bauelementen der Digitaltechnik) werden Gleichspannungen bzw. die Anschlüsse dafür auch gekennzeichnet mit
- für Bezugspotential oder Masse ⏊
- oder für positive Spannung gegen ⏊
- für negative Spannung gegen ⏊
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ IEC 60050, siehe DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE: Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch Eintrag 131-11-23
- ↑ DIN 5483-1:1983-06 Zeitabhängige Größen – Benennungen der Zeitabhängigkeit
- ↑ DIN EN 60617-2:1997-08 Graphische Symbole für Schaltpläne – Teil 2: Symbolelemente, Kennzeichen und andere Schaltzeichen für allgemeine Anwendungen
- ↑ a b DIN 5483-2:1982-09 Zeitabhängige Größen – Formelzeichen
- ↑ a b DIN 40110-1:1994-03 Wechselstromgrößen – Zweileiter-Stromkreise
- ↑ DIN 1304-1:1994-03 Formelzeichen – Allgemeine Formelzeichen
- ↑ DIN EN 80000-6:2008-09 Größen und Einheiten – Teil 6: Elektromagnetismus, Eintrag 6-11.3
- ↑ DIN 1313:1998 Größen
- ↑ DIN EN ISO 80000-1:2013-08, Größen und Einheiten – Teil 1: Allgemeines, Abschnitt 7.2.1