Drehstrom und Wechselstrom


Zuletzt aktualisiert von Rolf Gloor am 11.06.2014

Drehstrom ist die Bezeichnung für 3-phasigen Wechselstrom, welcher weltweit für grössere elektrische Leistungen zur Verfügung steht. Im Haushalt und für kleiner Leistungen wird 1-phasen Wechselstrom verwendet. Als Zwischenform wird hier noch der Zweiphasen-Wechselstrom und die Gleichstromübertragung erklärt.

Einphasenstrom (Wechselstrom)

Der Wechselstrom steht an den üblichen Steckdosen im Haushalt zur Verfügung. Aus dem Einphasennetz kann aber keine kontinuierliche Leistung bezogen werden. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz pulsiert die Leistung mit 100 Hz. Viele Eisenbahnnetze werden mit Einphasenstrom versorgt, damit nur 1 Fahrleitungsdraht verwendet werden muss (Die Rückleitung erfolgt über die Schienen).

Formel Einheit Bezeichnung Bemerkungen
S = U I VA Scheinleistung S² = P² + Q²
P = S cosφ W Wirkleistung
Q = S sinφ var Blindleistung das kleingeschriebene var steht für Volt Ampère reaktiv
Û = √2 U V Spitzenwert Amplitude der Wechselspannung
Î = √2 I A Spitzenwert Amplitude des Wechselstroms
Symbol Einheit Bezeichnung Bemerkungen
U V Statorspannung Strangspannung (Phase -Null)
I A Statorstrom Strangstrom
φ - Phasenwinkel Winkel zwischen Strom und Spannung
  • drehstrom_1phasige_sm

    Schnitt durch eine einphasige 2-polige Synchronmaschine

  • drehstrom_ersatzschaltbild_1phasig

    Ersatzschaltbild der Spannungsquelle mit Last.

  • drehstrom_U_vs_t_einphasig

    Spannung an der Statorwicklung bei einer Drehzahl von 3000 U/min. Die maximale Spannung beträgt 325 V (230 V Nennspannung mal Wurzel 2)

  • drehstrom_UandP_vs_t_einphasig

    Spannung (50 Hz) und Leistung (100 Hz) an der Statorwicklung bei einer ohmschen Belastung mit 50 kW

Zweiphasenstrom

Der Zweiphasenstrom wird bei der Energieversorgung nicht verwendet. Er ist hier aufgeführt, weil mit ihm auch kontinuierliche Leistung übertragen werden kann und es zweiphasige Antriebssysteme (Zum Beispiel Schrittmotoren) gibt. Für die Energieübertragung werden aber wie beim Drehstrom auch 3 Leiter benötigt, wobei die einzelnen Leiter nicht gleichmässig belastet sind. Der Rückleiter muss bei einer symmetrischen Belastung einen 1.4 mal (Wurzel 2) grösseren Strom führen.

Formel Einheit Bezeichnung Bemerkungen
S = 2 U I VA Scheinleistung S² = P² + Q²
P = S cosφ W Wirkleistung
Q = S sinφ var Blindleistung das kleingeschriebene var steht für Volt Ampère reaktiv
Upp = √2 U V Spannung zwischen 2 Phasen
Symbol Einheit Bezeichnung Bemerkungen
U V Statorspannung Strangspannung (Phase -Null)
I A Statorstrom Strangstrom
φ - Phasenwinkel Winkel zwischen Strom und Spannung
  • drehstrom_2phasige_sm

    Schnitt durch eine zweiphasige 2-polige Synchronmaschine

  • drehstrom_ersatzschaltbild_2phasig_1

    Ersatzschaltbild der beiden Spannungsquellen mit Last

  • drehstrom_ersatzschaltbild_2phasig_2

    Ersatzschaltbild der beiden verbundenen Spannungsquellen mit Last

  • drehstrom_UandP_vs_t_zweiphasig

    Spannung (50 Hz) und Leistung (0 Hz) an den Statorwicklungen bei einer ohmschen Belastung mit je 50 kW

Dreiphasenstrom (Drehstrom)

Mit einer 3-phasigen Stromversorgung kann kontinuierliche Leistung übertragen werden und die Übertragungsleitungen sind bei symmetrischer Last gleich ausgelastet. Das spezielle am Drehstrom ist, dass die Spannung zwischen 2 Phasen als Nennspannung bezeichnet wird, da diese auch bei fehlendem Null- oder Neutralleiter immer gemessen werden kann.

Formel Einheit Bezeichnung Bemerkungen
S = √3 U I VA Scheinleistung S² = P² + Q²
P = S cosφ W Wirkleistung
Q = S sinφ var Blindleistung das kleingeschriebene var steht für Volt Ampère reaktiv
Upp = √3 Upn V Spannung zwischen 2 Phasen
S = 3 Upn I VA
Symbol Einheit Bezeichnung Bemerkungen
U = Upp V Nennspannung Strangspannung (Phase -Phase)
Upn V Phasenspannung Strangspannung (Phase -Null)
I A Statorstrom Strangstrom
φ - Phasenwinkel Winkel zwischen Strom und Spannung
  • drehstrom_schnitt_3einphasige_sm_1 drehstrom_schnitt_3einphasige_sm_2 drehstrom_schnitt_3einphasige_sm_3

    Schnitt durch 3 einphasige 2-polige Synchronmaschinen, mit um 120° verdrehten Statorwicklungen

  • drehstrom_U_vs_t_3einphasig_1 drehstrom_U_vs_t_3einphasig_2 drehstrom_U_vs_t_3einphasig_3

    Spannung an den drei Statorwicklungen bei einer Drehzahl von 3000 U/min

  • drehstrom_schnitt_3einphasige_sm_4

    Schnitt durch eine dreiphasige 2-polige Synchronmaschine

  • drehstrom_ersatzschaltbild_3einphasige_sm_1

    Ersatzschaltbild der drei Spannungsquellen mit Last

  • drehstrom_ersatzschaltbild_3einphasige_sm_2

    Ersatzschaltbild der drei verbundenen Spannungsquellen mit Last (der Rückleiter kann entfallen, da er bei einer symmetrischen Belastung keinen Strom führen muss)

  • drehstrom_U_vs_t_3einphasig_4

    Spannung an den drei Statorwicklungen in einem Diagramm bei einer Drehzahl von 3000 U/min.

  • drehstrom_UandP_vs_t_3einphasig_4

    Spannung (50 Hz) und Leistung an den Statorwicklungen bei einer ohmschen Belastung mit je 50 kW.

  • drehstrom_UandIandP_vs_t_3einphasig_4

    Spannung der Phase 1, der Phase 2 und die Differenz der beiden Phasenspannungen, welche um √3 höher ist.

Gleichstrom

Zur Ergänzung werden hier auch noch die Beziehungen bei Gleichstrom gezeigt. Mit Gleichstrom kann kontinuierliche Leistung mit minimalem Leitungsaufwand übertragen werden. Da grosse Generatoren Synchronmaschinen sind, grosse Verbraucher Drehstrom benötigen und Wechsel- und Drehstrom einfach auf höhere Spannungen transformiert werden können, werden Gleichstromsysteme nur bei besonderen Aufgabensysteme (HGÜ) in grösseren Energiesystemen eingesetzt, wie Kabel (Meer) über 100 km Länge und in sehr langen Freileitung über 1000 km.

Formel Einheit Bezeichnung Bemerkungen
P = U I W Wirkleistung
Symbol Einheit Bezeichnung Bemerkungen
U V Spannung
I A Strom
  • drehstrom_ersatzschaltbild_dc

    Ersatzschaltbild des Stromkreises.

  • drehstrom_prinzipschaltbild_dc

    Prinzipschaltbild HGÜ = Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung. Die Spannung kann bis zu einem MV betragen. Aufwendig sind die Konverter (AC/DC und DC/AC), welche in beide Richtungen Energie übertragen können.


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