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[[Datei:Siemens-Electrogeräte CTDOB6B - neon lamp-7113.jpg|mini|Vorwiderstand an einer [[Glimmlampe]]]]
Ein '''Vorwiderstand''' ist ein [[elektrischer Widerstand]], der in [[Reihenschaltung|Reihe]] zu einem [[Elektrisches Bauelement|elektrischen Bauelement]] geschaltet wird, um die [[elektrische Spannung]] am bzw. die [[elektrische Stromstärke]] durch das Bauelement auf zulässige Werte zu begrenzen.

== Anwendungen ==
Bauelemente mit [[Elektrischer Widerstand #Negativer differentieller Widerstand|negativem differentiellen Widerstand]] ([[Gasentladungsröhre]]n oder [[Tunneldiode]]n) werden ohne Vorwiderstand zerstört.

Weitere Anwendungen:
* [[Messbereich]]serweiterung eines [[Spannungsmessgerät]]s
* Strombegrenzung bei [[Leuchtdiode]]n
* Strombegrenzung eines [[Lichtbogen]]s
* [[Kondensatornetzteil]] für [[elektronische Schaltung]]en mit niedrigem Stromverbrauch
* [[Sanftanlauf #Einschaltstrombegrenzung|Begrenzung des Einschaltstrom]]es bei [[Elektromotor|Motoren]] oder [[Transformator]]en durch [[Heißleiter|NTC]].

== Varianten ==
{| class="wikitable"
|-
! Bezeichnung
! Typ
! begrenzt welche Ströme
! [[Wirkleistung]]s<nowiki/>verlust
! Verhalten bei steigender [[Frequenz]]
|-
| '''[[Widerstand (Bauelement)|Ohmscher]] Vorwiderstand'''
| [[Wirkwiderstand]]
| [[Gleichstrom|Gleich-]] und [[Wechselstrom|Wechselströme]]
| hoch
| unabhängig
|-
| '''[[Kondensator (Elektrotechnik)|Kapazitiver]] Vorwiderstand'''
| [[Wechselstromwiderstand]]
| Wechselströme
| fast ohne
| [[Blindwiderstand]] sinkt
|-
| '''[[Spule (Elektrotechnik)|Induktiver]] Vorwiderstand'''
| Wechselstromwiderstand
| frequenzstabile Wechselströme
| fast ohne
| Blindwiderstand steigt
|}

== Beispiele ==
=== Mit einem frequenzunabhängigen (d. h. ohmschen) Vorwiderstand ===
[[Bild:Vorwiderstand.png|mini|hochkant|Beispiel eines Vorwiderstandes]]
Ein ohmscher Vorwiderstand wird meist nur bei einfachen Schaltungen und geringer Leistung als Mittel zur Strombegrenzung eingesetzt, da unerwünschte [[Verlustwärme]] entsteht.

Aus der Eingangsspannung sowie der Stromstärke und der erforderlichen Spannung des zu schützenden Bauteils ergeben sich der Widerstandswert und die Verlustleistung ([[joulesche Wärme]]) des Vorwiderstandes. Die Verlustleistung muss kleiner als die maximale thermische Belastbarkeit des Vorwiderstandes sein. Soll zum Beispiel eine [[Leuchtdiode]] R mit einer Durchlassspannung UR von 2,2 V an einer Speisespannung U von 12 V betrieben werden, muss am Vorwiderstand RV eine Spannung UV von 9,8 V abfallen. Soll die Stromstärke durch die Leuchtdiode 15 mA betragen, ergibt sich nach dem [[Ohmsches Gesetz|Ohmschen Gesetz]] für RV ein Widerstandswert von 653 Ω. Die Verlustleistung an RV ist das Produkt aus Stromstärke und Spannung und beträgt 147 mW. Am Vorwiderstand fällt 82 % der Speisespannung ab, und 82 % der Leistung geht an RV verloren.

Die Begrenzung des Einschaltstromes eines Schaltnetzteiles auf 46 A würde bei 230 V einen Vorwiderstand von 5 Ω in der Netzzuleitung erfordern, der bei einem Betriebsstrom von 2 A eine Verlustleistung von 20 W erzeugt.

Ältere [[Straßenbahn]]en (Baujahr vor ca. 1965) mit Gleichstrommotoren wurden über Vorwiderstände gesteuert. Die Verlustwärme war so groß, dass Widerstandssätze unter den Sitzen im Winter die Funktion der Fahrzeugheizung übernehmen konnten. Hier haben Gleichstromsteller auf [[Thyristor|Thyristorbasis]] die ohmschen Vorwiderstände ersetzt.

=== Mit einem frequenzabhängigen Vorwiderstand (kapazitiv oder induktiv) ===
Werden leistungsstarke Bauelemente wie [[Leuchtstofflampe]]n mit [[Netzspannung|Wechselspannung]] betrieben, lässt sich ein guter Wirkungsgrad durch einen vorgeschalteten [[Blindwiderstand]] erreichen, der den Strom begrenzt, ohne Wärme zu entwickeln. Geeignete Bauelemente sind [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensator]] und [[Drossel (Elektrotechnik)|Drossel]]. Die Berechnung des gesamten [[Elektrischer_Widerstand#Wechselstromwiderstand|Wechselstromwiderstandes]] erfolgt bei sinusförmigen Größen nach folgender Formel:

:<math>Z = \sqrt{R^2 + X^2} = \frac {u_\mathrm{max}}{i_\mathrm{max}}= \frac {u_\mathrm{eff}}{i_\mathrm{eff}}</math>

und sei an folgendem Beispiel erläutert: Eine 60-W-Leuchtstofflampe benötigt etwa 1 A bei 60 V; das entspricht <math>R</math> ≈ 60 Ω. Damit der 230-V-Steckdose 1 A entnommen wird, muss <math>Z</math> = 230 Ω sein. Durch Umstellen der obigen Gleichung erhält man

:<math>X = \sqrt{Z^2 - R^2} = \sqrt{(230 \,\Omega)^2-(60 \,\Omega)^2} = 222 \,\Omega</math>

Mit der [[Induktivität#Induktiver Blindwiderstand|Gleichung]] für eine Drossel

:<math>X_L = 2 \pi f \cdot L</math>

und <math>f</math> = 50 Hz erhält man <math>L</math> = 0,71 H. Würde man statt der Drossel einen Kondensator verwenden, müsste dieser den Wert 14 µF haben.

== Alternativen ==
Bei größeren Strömen und [[Elektrische Leistung|Leistungen]] sind [[Verlustleistung]]en besonders problematisch, da sie Energiekosten verursachen und eine Wärmeabführung nötig machen.
Daher gibt es zu Vorwiderständen folgende Alternativen:

=== [[Spannungsanpassung]] ===
* [[DC-DC-Wandler]] ([[Wirkungsgrad]] bis ca. 95 %) erzeugen eine niedrigere oder höhere [[Gleichspannung]].
* [[Transformator]]en erzeugen eine höhere oder niedrigere [[Wechselspannung]].

=== Stromstabilisierung ===
Spezielle DC-DC-Wandler können auch den Ausgangsstrom regeln, z. B. zum effizienten Betrieb von [[Leuchtdiode]]n-[[Leuchte]]n.

=== Einschaltstrombegrenzung ===
* Zur Einschaltstrombegrenzung gibt es temperaturabhängige Vorwiderstände (Einschaltstrombegrenzer), die aufgrund ihrer Eigenerwärmung ihren Widerstand verringern, siehe [[Heißleiter]] (NTC).
* Zur Strombegrenzung, auch zur [[Drehzahl]]<nowiki/>steuerung von Motoren, siehe [[Anlasswiderstand]].

=== Kurzschlussschutz ===
* Zur Strombegrenzung bei [[Elektrischer Kurzschluss|Kurzschluss]] oder Überlastung kann anstelle einer [[elektrische Sicherung|Sicherung]] auch ein selbstrückstellendes Sicherungselement dienen (kurz PTC, siehe [[Kaltleiter]]). Ein solcher Kaltleiter als Vorwiderstand zum Überlastschutz hat bei Raumtemperatur und [[Nennstrom]] einen geringen elektrischen Widerstand, der bei Überstrom aufgrund von Eigenerwärmung steil ansteigt.

== Literatur ==
* Klaus Tkotz: ''Fachkunde Elektrotechnik.'' 28. Auflage, Verlag – Europa – Lehrmittel, Wuppertal, 2012, ISBN 978-3808531891

[[Kategorie:Schaltungstechnik]]
[[Kategorie:Widerstand]]

Vorwiderstand - Versionsgeschichte

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