Leerlaufspannung

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Die Leerlaufspannung (engl. open-circuit voltage, OCV) ist in der Elektrotechnik die an den Klemmen einer offenen Spannungsquelle gemessene elektrische Spannung. Das heißt, die Leerlaufspannung ist die Spannung auf der Ausgangsseite, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist. Es fließt kein elektrischer Strom, wodurch keine Spannung über dem Innenwiderstand der Spannungsquelle abfällt.

Die Leerlaufspannung ist genau dann gleich der Quellenspannung UQ, wenn innerhalb der Spannungsquelle, wie bei einem Generator oder einer galvanischen Zelle, keine parallelen Strompfade existieren, die zum Beispiel Leckströme verursachen, welche die Leerlaufspannung verringern.

Messung[Bearbeiten]

Zur Messung der Leerlaufspannung ist ein Spannungsmesser erforderlich, der einen wesentlich höheren Innenwiderstand als die Quelle besitzt. Damit wird gewährleistet, dass die Belastung der Spannungsquelle durch das Messgerät vernachlässigbar klein ist. Der Innenwiderstand heutiger Spannungsmessgeräte liegt im Megaohm-Bereich, sodass diese Bedingung bei vielen Spannungsquellen gegeben ist.

Ausnahmen sind zum Beispiel Hochspannungsquellen sowie im Generatormodus betriebene Fotodioden bei geringer Beleuchtung oder Fotozellen – hier helfen Elektrometer oder Elektrometerverstärker, die – abgesehen vom Isolationswiderstand – einen unendlichen Eingangswiderstand besitzen.

Beispiele[Bearbeiten]

Transformatoren und Netzteile[Bearbeiten]

Ein Transformator befindet sich im Leerlauf, wenn primärseitig die Wechselspannung U1 anliegt und sekundärseitig keine Last angeschlossen ist. Im Primärkreis fließt in diesem Fall ein Strom, der als Leerlaufstrom bezeichnet wird. Sekundär entsteht die Induktionsspannung U2 (die Leerlaufspannung), die an den Sekundärklemmen nachweisbar ist. Die Leerlaufspannung kann bei kleinen Transformatoren durchaus das Doppelte der Nennspannung (Ausgangsspannung bei Nennstrom-Entnahme) betragen. Zum Beispiel geben unstabilisierte Steckernetzteile bei geringerer als der Nennbelastung wesentlich höhere Spannungen ab als die Nennspannung.

Bei stabilisierten Netzteilen und Labornetzgeräten unterscheidet sich die Leerlaufspannung dagegen nicht oder kaum von der Nennspannung.

Akkumulatoren und Batterien[Bearbeiten]

Die Leerlaufspannung von Akkumulatoren und Batterien kann zur Beurteilung ihres Ladezustandes herangezogen werden. Viele automatische Ladegeräte oder Ladeschaltungen prüfen daher beim Laden die Leerlaufspannung, indem sie zyklisch den Ladevorgang unterbrechen und die Leerlaufspannung messen. Abhängig vom Ergebnis wird der Ladevorgang fortgesetzt oder beendet. Die Leerlaufspannung am Ende des Ladevorgangs ist die Ladeschlussspannung.

Elektrische Leitungen[Bearbeiten]

Hauptartikel Leitungstheorie

Eine lange elektrische Leitung ist bei Gleichspannung durch den Ableitungsbelag ihres Isolierstoffes und den Widerstandsbelag der Drähte gekennzeichnet. Beides zusammen führt dazu, dass die Spannung am Ende auch unbelastet etwas geringer ist als die Speisespannung.

Bereits bei niedrigen Frequenzen werden auch die kapazitiven und induktiven Beläge der Leitung wirksam. Die Dämpfung der Leitung steigt mit der Frequenz.

Sinkt mit steigender Frequenz die Wellenlänge \lambda auf der Leitung in die Größenordnung der Leitungslänge, treten weitere Effekte auf, siehe auch Lecherleitung. Hat die Leitung z. B. die Länge \lambda/4, so ist die Wechselspannung am offenen Ende gegenüber der speisenden Spannung stark überhöht.

Siehe auch[Bearbeiten]