Stromfluss bei mehreren Quellen in Reihe

[Manuel S. (techpriest)]

Hallo zusammen,

ich habe im Rahmen einer Technikerarbeit ein Labornetzteil mit zwei 
galvanisch getrennten Ausgangskanälen entwickelt und hergestellt.
Ein Schritt in den abschließenden Tests bereitet mir Kopfzerbrechen.

Ich möchte die beiden Kanäle in Reihe schalten, um die Ausgangsspannung 
zu erhöhen.
Da ich meine Schaltung nicht beschädigen möchte, habe ich davor meine 
Schaltpläne nochmals genau überprüft und bin dabei ins Grübeln gekommen.
Ich kann keinen Pfad für den Strom I2 durch CH2 ausfindig machen.
Dieser muss nach Kirchhoff jedoch fließen. Nur wohin?

Mein Verständnisproblem bezieht sich nicht nur auf den konkreten Fall 
von meinem Labornetzteil, sondern auch ganz allgemein auf die 
Serienschaltung von Quellen, wie beispielsweise Batterien in einer 
Fernbedienung.

Habt ihr Gedanken und Anregungen zu meinem Problem?
:)

[Max M. (Gast)]

Erster Post, trollige Frage, kein Schaltplan.
Grundlegenste Grundlagen: In der Reihenschaltung sind alle Ströme 
gleich.

[Achim H. (anymouse)]

Manuel S. schrieb:
> Ich kann keinen Pfad für den Strom I2 durch CH2 ausfindig machen.

Lass mal eine der beiden Quellen CH1 oder CH2 weg. Auch dann musst Du 
einen Strompfad durch die verbleibende CH haben, aber damit scheinst Du 
kein Problem zu haben. Wo ist also der Unterschied zu dem Fall mit zwei 
Quellen?

[Stromtreiber (Gast)]

Manuel S. schrieb:
> Habt ihr Gedanken und Anregungen zu meinem Problem?

Du zeichnest in dein Schaltbild zwei Ströme ein. Das scheint zu einer 
Verwirrung zu führen. Da ist nur ein Stromkreis und in dem fliesst nur 
ein Strom. 24V / 1kOhm = 24mA. Dieser Strom fliesst durch alle im 
Stromkreis anwesenden Elemente. Mehr ist da nicht.

Alles klar?

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

War das nicht immer so, daß ideale Spannungsquellen einen ideal 
niedrigen Innenwiderstand, also 0 Ohm, haben?


mfg

[Manuel S. (techpriest)]

Ich wollte jetzt keine Schaltpläne ausbreiten, da sich meine Frage, wie 
erwähnt, generell auf Reihenschaltungen von Spannungsquellen bezieht.
Ich wollte nur etwas drum herum schreiben, da ein Beitrag ohne 
Background eher unschön zu verfolgen ist.
Ich habe im Anhang die generischen DC-Quellen durch Modelle von 
Batterien ersetzt.
Die Pole einer Batterie haben intern keine galvanische Verbindung.
I2 kann folglich nicht vom Minuspol(V1) durch V1 hindurch zum 
Pluspol(V1) fließen. Dass er fließen muss und es faktisch auch tut, ist 
mir klar. Ich verstehe nur nicht wie.

Eine ganz so triviale Frage scheint es nicht zu sein, da neben mir 
weitere Schüler aus meiner Technikerklasse und ein wissenschaftlicher 
Lehrer, den ich subjektiv für sehr kompetent halte mein Problem nicht 
lösen konnten.

[Icke (Gast)]

Eigentlich ist es recht einfach - innerhalb und außerhalb bewegen sich 
Ladungsträger der Strom ist nach SI über 'Ladungsträger je Zeit' 
definiert.

Außerhalb (in den Leiterbahnen) sind es eben Elektronen, in der Batteire 
sind es Ionen. Somit braucht man gar keinen DRaht zwischen den beiden 
Kontakten der Batterie (der ja auch etwas hinderlich wäre).

Hier gibt es etwas weiter unten ein Bild mit dem Hinweis 'Salt Bridge / 
Ions flow'. Ohne diesen Papierstreifen wäre nix mit Batterie / Strom ;)

https://www.giga.de/ratgeber/tipps/wie-funktioniert-eine-batterie-das-prinzip-der-galvanischen-zellen/

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Manuel S. schrieb:
> Ich kann keinen Pfad für den Strom I2 durch CH2 ausfindig machen.
> Dieser muss nach Kirchhoff jedoch fließen. Nur wohin?

Und durch CH1?

Du macht dir die Sache zu schwer. Stell dir mal des Ersatzschaltbild 
einer Spannungsquelle vor:

https://de.wikipedia.org/wiki/Ersatzschaltbild

welches aus der Spannungsquelle und dem Innenwiderstand im Reihe 
besteht. Zwei davon in Reihe und der Lastwiderstand dazu.

Also alles in Reihe, wie die Hühner auf der Stange. Es gibt nur einen 
Strom, welcher durch alle Widerstände und CH1 + CH2 fließt.

Das gilt für alle Spannungsquellen, ob Batterie oder Labornetzteil.

> Eine ganz so triviale Frage scheint es nicht zu sein ...

Doch, ist es: I1 =! I2

[Armin X. (werweiswas)]

Dumm wird es, und das wird dein Problem sein, wenn bei einem der beiden 
Netzteile die Strombegrenzung anspricht.
Dann wird der dicke Längstransistor darin deaktiviert und die Steuerung 
sieht plötzlich eine umgepolte Spannung...
Dem begegnet man in professionelleren Schaltungen mit antiparallel 
geschalteten Dioden am Ausgang.

[Justus (Gast)]

Dass der Strom an jeder Stelle des Kreises gleich ist, muss nicht 
erörtert werden. Daher bleibt als einzig nenneswerte Frage, welche 
Quelle CH1 oder CH2 welchen Anteil am Gesamtstrom liefert. Wenn das so 
gemeint ist, ergibt sich das aus dem Verhältnis der beiden 
Innenwiderständen zueinander.

[Manuel S. (techpriest)]

Mohandes H. schrieb:
> Doch, ist es: I1 =! I2

wie bereits im Anhang meines ersten Beitrages angegeben...
Mir schien es zur Erklärung sinnvoll den Strom I2 einzuführen, der I1 
entspricht.

Mohandes H. schrieb:
> Du macht dir die Sache zu schwer. Stell dir mal des Ersatzschaltbild
> einer Spannungsquelle vor:

Mir ist das Ersatzschaltbild bekannt. Dieses abstrahierte Modell hilft 
mir allerdings nicht weiter.

[Max M. (Gast)]

Manuel S. schrieb:
> da neben mir
> weitere Schüler aus meiner Technikerklasse und ein wissenschaftlicher
> Lehrer, den ich subjektiv für sehr kompetent halte mein Problem nicht
> lösen konnten.

Spricht wirklich nicht für Deine Schule.
Baumschule?

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Max M. schrieb:
> Spricht wirklich nicht für Deine Schule.

Jede (potentielle) Antwort kann nur so gut (präzise) sein wie die 
zugrundeliegende Frage.

I1=I2. Das ist unbestritten. Was nun ist die Frage? Wie der Strom 
zwischen CH1 & CH2 zustande kommt?

Am obigen Beispiel mit den Batterien könnte man ja den Weg des Stromes 
(Elektronen, Ionen) zurückverfolgen um dann zum gleichen Ergebnis I1=I2 
zu kommen.

Icke schrieb:
> Strom ist nach SI über 'Ladungsträger je Zeit' definiert.

[Josef L. (Gast)]

Justus schrieb:
> welche Quelle CH1 oder CH2 welchen Anteil am Gesamtstrom liefert

Es gibt keinen "Gesamtstrom", da nur eine einzige Masche (Kirchhoff!) 
vorhanden ist. Da ist der Strom an jeder Stelle derselbe.

[Stefan F. (Gast)]

Justus schrieb:
> Dass der Strom an jeder Stelle des Kreises gleich ist, muss nicht
> erörtert werden.

OK

> Daher bleibt als einzig nenneswerte Frage, welche
> Quelle CH1 oder CH2 welchen Anteil am Gesamtstrom liefert.

Die Frage hast du dir mit dem vorherigen Satz selbst beantwortet. Beide 
Quellen liefern zwangsläufig gleich viel Strom.

> Wenn das so gemeint ist, ergibt sich das aus dem Verhältnis der
> beiden Innenwiderständen zueinander

Nein, die Innenwiderstände beeinflussen den Anteil an der 
Gesamt-Spannung. Aber Labornetzteile haben idealerweise gar keinen 
Innenwiderstand.

[Manuel S. (techpriest)]

ich werde jetzt nicht auf das zwischenzeitlich geschriebene eingehen, da 
es ein Verständnisproblem zu geben scheint.
Stattdessen ist hier ein weiterer Versuch mein Problem zu erklären. 
Bitte schaut euch den Sachverhalt vor dem Antworten an.

Im Anhang ist ein Schaltplan mit zwei in Reihe geschalteter linearer 
Netzteile.
Ich kann mir nicht erklären, welchen Weg der Strom von p4 nach p1 nimmt.

Wenn hier der ein oder andere meine Fragestellung lächerlich macht 
und/oder an den Qualitäten meiner Schule anzweifelt, so steht es ihm 
frei mich zu belehren.

[Armin X. (werweiswas)]

Zum Einen hast Du zwischen den Massezeichen innerhalb der rudimentär 
gezeichneten Netzteile ja eine Verbindung so dass hier schon einmal eine 
Verbindung besteht. Zum Anderen sind innerhalb eines Linearnetzteiles 
immer auch weitere Bauteile mit möglich Diodenstrecken zwischen dem 
positiven und dem negativen Zweig involviert weswegen man über den 78xx 
und 79xx Spannungsreglern immer die schon angesprochenen Schutzdioden 
einsetzen sollte.
Wenn diese eingebaut sind reduziert eben das in Strombegrenzung 
arbeitende Netzteil die Ausgangsspannung bis auf den Wert der 
Diodenstrecke wobei der Rest über dem Transistor verheizt wird. Damit 
sind wir wieder bei der einen kirchhoffschen Masche.
MfG

[Josef (Gast)]

Der Stromfluss

[Josef (Gast)]

Naja, eigentlich eher so.

[Stefan F. (Gast)]

Josef schrieb:
> Naja, eigentlich eher so.

Ist beides richtig, finde ich.

[Xerxes (Gast)]

Der Gleichstrom fließt durch den Kondensator ??
Das erste Bild war richtig.

[Stefan F. (Gast)]

Xerxes schrieb:
> Der Gleichstrom fließt durch den Kondensator ??

Kann man so sehen. Stelle ihn dir als Batterie vor, die von links aus 
geladen wird.

[Maxe (Gast)]

Manuel S. schrieb:
> Stattdessen ist hier ein weiterer Versuch mein Problem zu erklären.

Verstehst du denn den Stromfluss, wenn keine zwei Netzteile in Reihe 
sind sondern nur eines mit angeschlossenem Widerstand?

Mit zweitem Netzteil ist der Stromfluss genau der gleiche. Aber was 
passiert, wenn ein Netzteil auf 0 Volt eingestellt ist? Der Komparator 
Stellt den Ausgangstransistor so ein, dass am Ausgang etwa 0V gemessen 
werden. Da der Trafo aber versorgt wird, über den Gleichrichter also die 
'volle Spannung' reinkommt, muss der Transistor die volle Spannung 
verbraten. Der Strom fließt trotzdem (die gleichen Wege). Spannend wird 
es dann, wenn kein Lastwiderstand im Stromkreis ist (doppelter 
Kurzschluss).

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Manuel S. schrieb:
> Im Anhang ist ein Schaltplan mit zwei in Reihe geschalteter linearer
> Netzteile.

Wenn Du das Schaltbild gedanklich radikal vereinfachst, die Regelung 
weglässt, dann bleiben zwei Spannungsquellen (zur Vereinfachung ohne Ri) 
deren Spannungen sich addieren und dann auf den RL arbeiten.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Xerxes schrieb:
>
>> Der Gleichstrom fließt durch den Kondensator ??
>
> Kann man so sehen. Stelle ihn dir als Batterie vor, die von links aus
> geladen wird.

Nein, auf keinen Fall! Hier wird der reine DC-Fall betrachtet und die 
Kondensatoren fallen für die Betrachtung weg.

Wie gesagt: Reduzierung auf das Ersatzschaltbild zweier 
Spannungsquellen. Jeweils als ideale Quelle ohne Ri. Dann bleiben nur 
noch die beiden Quellen und RL übrig. Oder eben mit Ri, dann liegen 
Ri+Ri+RL in Reihe mit CH1+CH2.

[Wühlhase (Gast)]

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Xerxes schrieb:
>> Der Gleichstrom fließt durch den Kondensator ??
>
> Kann man so sehen. Stelle ihn dir als Batterie vor, die von links aus
> geladen wird.

Aber auch dann fließt der Strom in entgegengesetzter Richtung aus dem 
Kondensator.

Aber auch ich würde – Gleichstrombetrachtung – das erste Bild als das 
bessere bezeichnen.


@Technikpriester:
Vergegenwärtige dir doch nochmal das Verhalten einer Spannungsquelle. 
Die hält nur die Spannung zwischen ihren Anschlüssen konstant und bringt 
dazu Leistung auf, wieviel Strom da genau fließt hängt vom Drumherum ab.

Ein naives und nicht ganz richtiges, aber vielleicht anschauliches 
Beispiel:
Ein PC-Lüfter kann einen gewissen maximalen Druck aufbauen. Eigentlich 
schafft er eine Druckdifferenz zwischen Ansaug- und Abblasseite.

Wenn jetzt auf der Ansaugseite des Lüfters bereits ein höherer Druck – 
z.B. durch einen vorgeschalteten zweiten Lüfter – herrscht, kann er zwar 
immernoch keine höhere Druckdifferenz, aber trotzdem einen höheren Druck 
auf der Abblasseite liefern. Dank von vornherein größerem Druck auf der 
Ansaugseite.

Der Luftstrom ist zwischen den beiden Lüftern (entspricht bei dir der 
Stelle an der du den I2 eingezeichnet hast) natürlich derselbe wie auf 
der Abblasseite des hinteren Lüfters (entspräche I1).

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Maxe schrieb:
> Verstehst du denn den Stromfluss, wenn keine zwei Netzteile in Reihe
> sind sondern nur eines mit angeschlossenem Widerstand?

So kann man es auch betrachten und dann liegen wieder zwei Quellen in 
Reihe. Ergebnis dasselbe.

Das Ganze funktioniert allerdings nur wenn die (internen) Massen nicht 
verbunden sind!

Also zwei, galvanisch getrennte Netzteile. Eigentlich müßte man bei CH1 
und CH2 unterschiedliche Masse-Symbole einzeichnen. Alles auf derselben 
Masse verbunden ließe sich nicht so in Reihe schalten.

[Sozialdezernent (Gast)]

Besorg dir schonmal nen Besen..

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Mohandes H. schrieb:
> Das Ganze funktioniert allerdings nur wenn die (internen) Massen nicht
> verbunden sind!

Hier noch mal zur Verdeutlichung. Im Falle daß Ri Null ist, wäre die 
untere Spannungsquelle kurzgeschlossen.

Manuel S. schrieb:
> ich werde jetzt nicht auf das zwischenzeitlich geschriebene eingehen, da
> es ein Verständnisproblem zu geben scheint.

Lag mir übrigens fern, Dich oder die Schule zu beleidigen. Aber wenn 
niemand meine Frage versteht, dann würde ich mir schon überlegen ob die 
Frage nicht unverständlich gestellt ist.

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Und bei getrennten Massen: Zeichne den Plan mit den verbundenen Massen 
(vom Gleichrichter zur äußeren Masse) und Du siehst den Stromkreis.

[Dieter (Gast)]

Für den Kurzschlussfall fehlen noch die Freilaufdioden und zwar noch 
eine zwischen P1 und P2, sowie P3 und P4. Einige Netzteile mögen das gar 
nicht, wenn eines etwas mehr Strom kann oder eingestellt ist bei der 
Begrenzung, wenn dann umgekehrte Spannung anliegen sollte.