Drehstrom
Was ist Drehstrom und welche Vorteile bringt er mit sich? Das erfährst du im Beitrag und im Video !
Inhaltsübersicht
Was ist Drehstrom?
Der Drehstrom, auch Dreiphasenwechselstrom genannt, ist in der Elektrotechnik ein Wechselstrom mit drei Phasen bzw. stromführenden Leitungen. Dafür befinden sich drei Spulen in einem Abstand von 120° rund um ein sich drehendes Magnetfeld. Dadurch entstehen drei Wechselspannungen , deren Sinuswellen ebenfalls um 120° zeitlich versetzt (phasenverschoben) sind.
Wenn du den zeitlichen Verlauf der drei Phasen (L1, L2, L3) zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Achse betrachtest, siehst du, dass die Summe der drei elektrischen Spannungen an jeder Stelle Null entspricht.
Der Drehstrom ist für die Übertragung von Strom wichtig und wird für große Maschinen in der Industrie benötigt. Bei vielen Geräten im Haushalt reicht eine einphasige Netzspannung vollkommen aus.
Dreiphasensystem
Ein Dreiphasensystem beschreibt einfach gesagt, den Gebrauch des Drehstroms in einer bestimmten Umgebung. Es begegnen dir viele verschiedene Bezeichnungen. Die wichtigsten Begriffe für dich sind:
- Spulen/Stränge: Das sind elektrische Leiter, die zu einer oder mehrerer Windungen geformt sind. Den Anfang der Stränge kürzt du mit U1, V1 und W1 ab, das Ende der Stränge mit U2, V2 und W2.
- Außenleiter: Das sind die stromführenden Leiter L1, L2 und L3, die nach außen gehen.
- Neutralleiter: Das ist ein Leiter N, der in der Lage ist, elektrische Energie zu verteilen.
- verkettete Spannung: Das ist die Spannung zwischen zwei beliebigen Außenleitern.
- Sternspannung/Strangspannung: Das ist die Spannung zwischen Neutralleiter und beliebigem Außenleiter.
- Effektivwert : Das ist der Wert der Spannungen in Volt (verkettete Spannung oder Sternspannung).
- Verkettungsfaktor: Das ist das Verhältnis, über das die Effektivwerte der einzelnen Spannungen in Bezug stehen. Er hat den Wert .
Bei Niederspannungsnetzen in Europa beträgt die üblicherweise verwendete Sternspannung 230 Volt. Dadurch ergibt sich dann eine verkettete Spannung bzw. Leistung von 400 Volt:
Aufbau eines Dreiphasengenerators
Der Aufbau kennzeichnet sich durch drei Spulen, die mechanisch um 120° versetzt zueinander angeordnet sind. In der Mitte befindet sich ein rotierender Dauermagnet. Die drei Spulenenden werden als die Außenleiter L1, L2 und L3 nach außen geführt.
Der drehende Magnet erzeugt in den Spulen durch Induktion eine Spannung, die dann in einem Dreiphasensystem mit den Außenleiterspannungen UL1, UL2 und UL3 zusammenläuft.
Zeitlicher Verlauf
Weil die drei Spulen versetzt angeordnet sind, entstehen auch drei zeitlich ebenso versetzte Wechselspannungen U1, U2 und U3. Sie schwingen als Sinuswellen im Abstand von 120° phasenverschoben.
Die Summe der Wechselspannungen ergeben, zu einem beliebigen Zeitpunkt, bei gleicher Belastung immer Null. Aus diesem Grund kannst du die Spulen zusammenschalten. Aber nur, wenn jede einzelne Phase die exakt gleiche Last durch einen Verbraucher haben.
Sternschaltung
Bei der Sternschaltung sind die Strangenden U2, V2 und W2 im Neutralleiter N zusammengefasst. Vom Anfang der Stränge U1, V1 und W1 verlaufen die Außenleiter L1, L2 und L3 zum Verbraucher. Genauso verläuft auch der Neutralleiter N vom Mittelpunkt zum Verbraucher.
Die Strangspannung UST berechnest du mit der Spannung U geteilt durch den Verkettungsfaktor. Die Strangstromstärke IST entspricht der Stromstärke I:
Dreieckschaltung
Bei der Dreieckschaltung gibt es keinen Neutralleiter N. Der Stranganfang einer Spule ist mit dem Strangende einer anderen Spule verbunden. So sind alle Spulen hintereinander geschaltet. Von den einzelnen Verbindungsstellen verlaufen die Außenleiter L1, L2 und L3 zum Verbraucher.
Die Strangspannung UST ist gleich der Spannung U und die Stromstärke IST berechnest du mit der Stromstärke geteilt durch den Verkettungsfaktor:
Du möchtest mehr über die beiden Verschaltungsarten elektrischer Bauelemente wissen? Dann schau dir unbedingt unser Video dazu an!
Drehstrom Anwendung
Für viele Geräte im Haushalt ist eine Netzspannung von 230 Volt (einphasig) absolut ausreichend. In der Industrie sieht das aber oft anders aus. Dort wird für die großen Maschinen und Anlagen mehr Leistung bei der Übertragung elektrischer Energie benötigt. Daher werden hier anstelle von einer drei Spulen zur Stromerzeugung genutzt.
Da 3-Phasen-Strom hauptsächlich zur Versorgung von großen Elektromotoren genutzt wird, kannst du ihn umgangssprachlich auch als Starkstrom bezeichnen.
Das Dreiphasensystem wird somit vorwiegend für den Transport und die Verteilung von elektrischer Energie eingesetzt. Als Beispiele kannst du dir überregionale Hochspannungsnetze, lokale Niederspannungsnetze oder Drehstrommaschinen vorstellen. Solche Drehstrommaschinen werden beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder als Antrieb von Aufzügen genutzt.
Vorteile des Drehstroms
- Bei der Zusammenschaltung der 3 Phasen bzw. Spulen werden nur 3 oder 4 Leitungen benötigt. Im Gegensatz dazu würde ein Wechselstrom mit 3 Strängen mindestens 6 Leitungen benötigen.
- Mit der Sternschaltung verfügst du über zwei verschiedene Spannungswerte.
- Die Drehstrommotoren können einfach gebaut werden.
Drehstrommotor
Als Drehstrommotor bezeichnest du einen Elektromotor, der mit Dreiphasenwechselstrom bzw. Drehstrom betrieben wird. Doch wie ist er aufgebaut und wie funktioniert er? Das erfährst du im Video . Bis gleich!