Elektrischen Verbraucher simulieren

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Gibt es ein Gerät, dass einen elektrischen Verbraucher simuliert!?

Ich versuch das mal zu erklären was ich meine, und bitte vorab schon um Entschuldigung, da ich ein elektrotechnischer Nichtswisser bin :slight_smile:

Einfaches Beispiel:

von einer Batterie geht vom Pluspol ein Kabel zu einer Glühlampe, und dann wieder ein Kabel von der Glühlampe zur Batterie. Die Glühlampe leuchtet und ist mein Verbraucher.

Gibt es am Markt ein Gerät, dass mir anstelle der Glühlampe einen Verbraucher simuliert? wenn ja, wie heißt so etwas?
Bzw. kann man an diesem Gerät einstellen: „simuliere mir jetzt einen Verbraucher, bpsw. einen Föhn, mit 1.500W“ (natürlich nicht bei einer Batterie :wink: ) …

Besten Dank schon mal!

#2

Hallo,

der allgemeine Oberbegriff lautet „Elektronische Last“. Die gibt es für verschiedene Anwendungen mit verschiedenen Parametern.

Grüße
Pierre

#3

Einfach nur Interessenhalber gefragt, oder willst du was bestimmtes? Musst dir zuerst Gedanken machen, was willst du simulieren. Eine Glühlampe ist noch verhältnissmäßig einfach, Einschalten - ist noch kalt - viel Strom fließt - Glühl. wird heiß - Strom geht runter. Bei einem Motor, Relais usw. sieht es dann wieder anders aus (induktive Last)

#4

Bewirken einstweilen noch gar nichts. Ich bin elektrotechnisch eine absolute Null. Ich weiß wie man den Lichtschalter betätigt. Das wars. Das Interesse an dem wie etwas funktioniert ist aber da, deswegen habe ich mir jetzt ein Buch „Elektrotechnik für Dummies“ gekauft, um einmal eine gewisse Grundkenntnis davon zu bekommen.

U.a. werden hier die Grundlagen der Messtechnik erklärt, dabei stellte sich mir folgende Frage:
Ein Unternehmen produziert eine neue Lichtmaschine und möchte wissen: bei welcher Drehzahl erzeugt die Lichtmaschine wie viel Strom.
Sofern ich das richtig verstanden habe - bitte korrigier mich wenn ich hier einen Denkfehler habe: Ein Strom fließt erst dann, wenn ich einen geschlossenen Stromkreislauf mit einem Verbraucher habe. Habe ich keinen Verbraucher, existiert in dieser Leitung nur die Spannung.
Ist das richtig so?
Wie finde ich jetzt also heraus, wie viel Strom (Watt) die Lichtmaschine produziert? Die hat ja zusätzlich noch einen Regler eingebaut, dass sie nur so viel Strom produziert wie auch tatsächlich gebraucht wird. Wenn kein Verbraucher da ist, geht die Lichtmaschine in den „Leerlauf“.

Wie teste ich jetzt den Strom den die Lichtmaschine maximal abgeben kann?
Mein Gedankengang ist der, dass ich eine Maschine in den Stromkreislauf anschließe, bei der ich Watt, Ampere usw… einstellen kann wie viel sie gerade „verbraucht“.
Sprich, ich hänge das Teil an und sage „verbrauche jetzt 2000W, 2100W, usw…“… bspw.

Oder lässt sich das mit der Spannung und der Leitung alleine auch berechnen?

Wahrscheinlich wird sich vieles widersprechen was ich hier geschrieben habe, oder ein kopfschüttelndes Lächeln bei dir auslösen, aber wie gesagt - ich habe meine jetzigen „Kenntnisse“ aus dem Buch der Dummies - und da bin ich gerade einmal mit dem ersten Drittel durch :slight_smile:

Danke!

#5

Das ist richtig.

Die Lichtmaschine (IM Auto) hat zwar einen Regler, aber der bestimmt nicht den Strom sondern die Ausgangsspannung. Und die wiederum senkt den Strom weil bei gleicher Last und weniger Spannung auch weniger Strom und somit auch Leistung herauskommt.
Leistung = Spannung mal Strom.

Wie testet man die Leistung so einer Lichtmaschine (Generator) ? Man belastet sie und misst dabei die Spannung. Sie kann bauartbedingt nicht beliebig viel Strom liefern. Überlast senkt die Spannung, extreme Überlast Kurzschluss ergibt sogar Spannung nahe Null Volt,

Stichwort „Elektronische Last“ wurde genannt. Das ist etwas fürs Labor. Man kann aber auch schlicht einen einstellbaren Widerstand nehmen, der den Strom und die dabei entstehende Stromwärme verträgt. Dann kann man Strom und Spannung unter verschiedenen Lasten feststellen und daraus seine Schlüsse ziehen. Ebenso wenn man die Drehzahl mit einbezieht. Wenig Drehzahl, geringe Spannung, Strom und Leistung. Hohe Drehzahl mehr Spannung, mehr Strom, mehr Leistung.

Beispiel für „Dummies“.
Fahrrad mit Dynamo ( das ist eine Lichtmaschine, ein Generator). Du wirst vielleicht selbst bemerkt haben, Lichtstärke (Helligkeit) hängt vom Tempo ab, Rad nur geschoben, wenig Licht, schnelle Fahrt = helles Licht. Ich gehe vom klassischen Dynamo und klassischer Glühlampenbeleuchtung aus. Moderne LED sind stromsparend und zeigen den Effekt nicht so klar. Aber auch ein Nabendynamo hat eine festgelegte Leistungsgrenze und überlastet bricht die Spannung zusammen.
Und wenn Du nun die Spannung dabei misst, dann wirst Du auch sehen, wie sich die Spannung verändert je nach Drehzahl.
Und ebenso könnte man das nach Last sehen, wenn man eine schwächere Birne eindreht, dann sollte die Spannung höher werden u weil weniger Strom entnommen wird und die Leistung des Generators nicht ausgeschöpft wird.
Umgekehrt würde ein größeres Lämpchen eine kleinere Spannung bedeuten, Generator wird überlastet. Licht ist zu schwach.

MfG
duck313

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#6

Moin,

es gibt vermutlich keine Geräte, an denen sich heute einstellen ließe „Ich bin ein Motor“ und morgen „Ich bin ein Heizkörper“, dafür unterscheidet sich das Innenleben der Lasten zu sehr.

Bei der Entwicklung geht man davon aus, dass ein Generator einen wie auch immer gearteten Innenwiderstand hat. Dieser Innenwiderstand hängt beim Betrieb mit der Last in Reihe, der fließende Strom erzeugt deshalb einen Spannungsabfall auch am Innenwiderstand. Dieser Spannungsabfall steht dann an den Ausgangsklemmen nicht mehr zur Verfügung.

Solche Innenwiderstände lassen sich berechnen und auch messen. Wenn es ans Testen geht, baut man sich durchaus künstliche Lasten, aber nur solche, die dem Einsatz entsprechen, also keine beliebig umschaltbaren Simulatoren.

Gruß
Ralf

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#7

Hi Baumi,

das wird nicht getestet, sondern berechnet.

Um bei deinem Bsp. Lima zu bleiben: primitive Erklärung

Angenommen ein Generator mit einer Spule und einem Dauermagneten

Es gelten hier auch die Physikalischen Gesetze, eine bestimmte Magnetfeldstärke erzeugt eine bestimmte Spannung bei einer bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit (Drehzahl) in einer Spule.

Hier kannst du jetzt berechnen, wieviele Windungen deine Spule haben muss um zB. 12V zu bringen.

Wieviel Stromabnahme deine Spule jetzt verträgt hängt vom Leiterquerschnitt der Spule ab. Da auch die Spule ein Widerstand ist (Verbraucher) wird sie auch warm und kann bei zu viel Strom durchbrennen.

Die Stomstärke wird nach dem Ohmschen Gesetz mit URI berechnet U=R*I oder umgestellt R=U/I u. I=U/R -> http://www.sengpielaudio.com/Rechner-ohmschesgesetz.htm#:~:text=Das%20Ohmsche%20Gesetz%20kennt%20drei,die%20Spannung%20U%20berechnet%20werden.&text=Liegt%20an%20einem%20Widerstand%20R,Widerstand%20R%20ein%20Strom%20I. – mit dem Dreieck lassen sich die Formeln gut merken, gerade das ist überall wichtig zu wissen.

Um sich die Sache besser vorstellen zu können reicht ein vergleich mit einer Wasserleitung (obwohl der oftmals sehr hinkt, gibt es doch einige Gemeinsamkeiten)

Wasserdruck = Spannung = U

Durchflussgeschwindigkeit = Stromstärke = I

Widerstand = R

Vergleiche ein Rohr mit Wasserhahn und einer Schaltung mit einer Lampe:

Im Rohr liegt ein gewisser Druck an, bei geschlossenen Wasserhahn misst du den auch vor dem Wasserhahn.

Am Schalter liegt die volle Spannung an

Du drehst den Wasserhahn voll auf – bzw. schaltest den Schalter ein –

Wasser läuft, der Druck den Du jetzt messen kanst ist niedriger als vorher und als der Druck den man im Wasserwerk misst, da die Leitungen dem Durchfluss einen gewissen Widerstand entgegensetzen. Zu beobachten zB. zum Feierabend beim Duschen.

Druck ist voll da, 2 Kollegen kommen dazu und benutzen die nächsten Duschen, Druck lässt nach. Mit größeren Rohren passiert das nicht. Beim Schalter fließt jetzt der Strom über die Lampe, auch hier misst du jetzt eine geringere Spannung als an der Batterie, weil das Kabel auch einen Widerstand hat und dem Durchfluss des Stromes einen Widerstand entgegenbringt.

Den Wasserhahn kannst du dir noch als regelbaren Widerstand (Potentiometer) vorstellen. Der Unterschied ist, das der Strom halt die Rückleitung braucht, wobei das Wasser ja auch zurück zur Erde fließt

Um noch mal auf die Lichtmaschine zurückzukommen:

Der Regler regelt die Spannung die rausgeht, der Strom hängt davon ab, was hinten dranhängt.

Wieviel du belasten kannst hängt wiederum von der Dicke der Spule und der Stärke des Magnetfeldes ab.

Gruß Steffen

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#8

Wow, vielen lieben Dank für die tollen Antworten und laienhaften Erklärungen!!!
Nach ein paar mal Durchlesen glaube ich, habe ich es verstanden!

1000 Dank für euer Bemühen, und dass ihr euch die Zeit genommen habt dies so schön zu erklären!

Danke!

#9

Du hast einiges schon sehr gut verstanden, aber hier liegst du falsch.
Der Regler eines Generators sorgt für eine konstante Spannung, etwa 14,2 Volt.
Wenn die Leistungsgrenze des Generators erreicht wird, wird die Spannung einbrechen.

Ob und wieviel Strom fließt, hängt (bis zur Leistungsgrenze) nur von den Verbrauchern ab.

Und so klingt es oft überraschend, wenn man sagt:
Innerhalb des europäischen Verbundnetzes für elektrischen Strom wird zu jedem Zeitpunkt ganz exakt soviel „Strom hergestellt“ (Leistung ins Netz gespeist) wie auch benötigt wird.

Das ist aber gar nicht überraschend, denn es wäre ja gar nicht möglich, mehr Leistung einzuspeisen als abgenommen wird (Energieerhaltungssatz!).

Genauer: Wieviel Leistung die Lichtmaschine ins Bordnetz speist. Leistung (also die pro Zeiteinheit umgesetzte Energie) kann nicht produziert werden - Energie kann nicht hergestellt werden, sondern wird immer nur umgewandelt (ebenfalls: siehe Energieerhaltungssatz).

Wie findet man es nun heraus? Zuerst durch Berechnungen. Wenn man dann seine Berechnungen testen will, benutzt man tatsächlich elektronische Lasten oder regelbare Verbraucher. Das können z.B. Elektromotoren sein, die eine veränderliche Last antreiben (so etwas kenne ich als „hydrodynmische Bremse“, vergleiche dazu den Artikel zu „Retarder“ https://de.wikipedia.org/wiki/Retarder#Hydrodynamische_Retarder).

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