Es wird viel über die Spannung in Stromkreisen gesprochen, aber was ist eigentlich die Spannung des elektrischen Stroms? Welche Arten und Quellen gibt es?
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Was ist die Spannung als Stromgröße?
Spannung ist einer der Begriffe, die in der Physik, genauer gesagt in der Elektrizität, verwendet werden und mit dem Symbol U bezeichnet werden. In der Physik ist sie als der Wert der Arbeit definiert, der erforderlich ist, um eine Ladungseinheit zwischen zwei Feldern in einem elektrischen Feld zu übertragen.
In der Elektrizitätslehre wird dieser Begriff mit der elektrischen Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis übersetzt.
Die zur Bestimmung des Spannungswerts verwendete Einheit ist Volt, gekennzeichnet mit dem Symbol V. Spannung kann verschiedene Quellen haben. Am häufigsten wird es durch Batterien, Akkumulatoren und spezielle Generatoren erzeugt. Diese Elemente sind für die Erzeugung der Energie verantwortlich, die zum Bewegen von Ladungen im Stromkreis erforderlich ist.
Der Begriff Strom wird häufig zusammen mit Spannung verwendet. Beide hängen eng miteinander zusammen, beide beziehen sich auf die Messung von Ladungen. Der Unterschied besteht darin, dass die Spannung die Kraft misst, die Elektronen dazu bringt, durch einen Stromkreis zu fließen, während der Strom die Geschwindigkeit misst, mit der Ladungen innerhalb des Stromkreises fließen. Während die Spannung für die Energieversorgung eines Stromkreises verantwortlich ist, bestimmt der Strom die Strommenge, die durch Kabel und Leitungen fließt.
Mit speziellen elektrischen Geräten werden die fließende Spannung und der fließende Strom gemessen und ermöglichen so eine sichere Beurteilung von Schaltungselementen. In elektrischen Anlagen und Netzwerken ist die Aufrechterhaltung der Sicherheit von entscheidender Bedeutung, weshalb die Kategorie Elektrotechnik nicht nur Messgeräte, sondern auch Montageelemente umfasst.
Grundlegende Spannungsarten: Gleich-, Wechsel- und Wechselspannung
In der Praxis gibt es mehrere Varianten elektrischer Spannungen. Dies sind Gleich-, Wechsel- und Wechselspannung. Sie unterscheiden sich in ihren Eigenschaften, vor allem in der Art und Weise, wie sich der Spannungswert im Laufe der Zeit ändert, sowie in ihrer Anwendung.
Gleichstrom, kurz DC genannt, zeichnet sich dadurch aus, dass er über die Zeit ein konstantes Spannungsniveau beibehält. Elektrischer Strom fließt immer in die gleiche Richtung und ändert seine Polarisation nicht. Zu den Spannungsquellen gehören in diesem Fall unter anderem: Batterien oder Akkumulatoren, aber auch Solarmodule und Gleichstromversorgungen. Da es einen konstanten Spannungspegel liefert, wird es häufig in elektronischen Geräten, Automobilen und LED-Beleuchtungssystemen verwendet.
Der zweite Typ ist Wechselspannung. In der Nomenklatur als AC gekennzeichnet. Sie unterscheidet sich von der vorherigen Variante dadurch, dass sich ihr Wert im Laufe der Zeit ändert. Es ändert jedoch nichts daran, dass der Strom ständig in eine Richtung fließt. In der Praxis wird Gleichspannung eher selten verwendet, hauptsächlich in spezialisierten Systemen. Wird beispielsweise in Wechselrichtern und Gleichrichtersystemen eingesetzt.
Eine weitere Variante ist Wechselspannung. Sie wird wie Variablen mit dem Symbol AC bezeichnet. Er unterscheidet sich von den vorherigen dadurch, dass sich nicht nur sein Wert im Laufe der Zeit ändert, sondern auch die Fließrichtung. Richtungsänderungen erfolgen rhythmisch im Verhältnis zu Spannungsänderungen. Diese Art von Spannung wird beispielsweise von Wechselstromgeneratoren, Stromnetzen oder Kraftwerken erzeugt. Wechselspannung wird häufig verwendet. Es ermöglicht den Energietransport auch über große Entfernungen. Wird in Stromnetzen verwendet, die Häuser und andere Einrichtungen über Installationskabel mit Strom versorgen.
Andere Arten elektrischer Spannungen in Stromkreisen
Obwohl am häufigsten Gleich-, Wechsel- und Wechselspannungen diskutiert werden, gibt es in der Praxis auch andere Arten. Ein Beispiel hierfür ist pulsierende Spannung. Sein charakteristisches Merkmal ist, dass es sich periodisch ändert, seine Polarisation jedoch konstant bleibt. Pulsierende Spannung ist eine Variante der Wechselspannung. Der Wert kann zwischen 0 und dem Maximalwert des Systems liegen. Die Quelle dieser Spannungsart sind Stromwandler oder Gleichrichtersysteme.
Ein weiteres Beispiel ist die Dreiphasenspannung. Es handelt sich um eine Variante der Wechselspannung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass es drei Sinusspannungen mit jeweils gleicher Frequenz gibt, die jeweils um 120° gegeneinander verschoben sind. Dieser spezielle Typ wird verwendet, wenn die Stromquelle große Maschinen oder Industriegeräte mit Strom versorgen muss, sowie Stromnetze, in denen einzelne Schaltungselemente für den Transport hoher Leistungslasten verantwortlich sind.
Durch die Analyse der aktuellen Spannungswerte kann eine andere Art angezeigt werden – die Oberschwingungsspannung. Es handelt sich um eine Wechselspannungsstörung mit einer Frequenz, die ein Vielfaches der Grundnetzfrequenz beträgt. Die Quellen sind elektronische Geräte und Elektromotoren. Oberschwingungsspannungen beeinträchtigen die Effizienz der Netze und der darin betriebenen Geräte und verursachen schwerwiegende Störungen im ordnungsgemäßen Betrieb von Empfängern und Stromnetzen.
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