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Drehstrom

Allgemeine Beschreibung

Drehstrom ist das in Deutschland am häufigsten angewandte System zur Übertragung elektrischer Energie. Der Drehstom wird durch einen Drehstromgenerator erzeugt, bei dem 3 Spulen (Stränge) um jeweils 120° versetzt angeordnet sind. In diesen Spulen werden bei Betrieb des Generators 3 sinusförmige Wechselspannungen erzeugt, die jeweils um 120° phasenverschoben sind.

Dreieck-Schaltung

Bei der Dreieck-Schaltung wird ebenfalls jeweils ein Anschluss jedes Strangs an die Phasen gelegt, der andere wird jedoch mit einem Strang der nächsten Phase verbunden. Es stellt sich nun gemäß dem Verkettungsfaktor 3^0,5 eine Strangspannung von 400 V ein, was eine Verdreifachung der Strangleistung zur Folge hat.

Stern-Schaltung

Bei der Stern-Schaltung wird jeweils ein Anschluss jedes Strangs(i.d.R. Spulen) an eine der drei Phasen gelegt. Die anderen Anschlüsse werden kurzgeschlossen. Geht man davon aus, das die drei Verbraucher gleichmäßig belastet werden, kann auf den Neutralleiter verzichtet werden, da die Summe der Ströme und Spannungen im Drehstromnetz stets 0 ist. Man erhält nun eine Strangspannung von 230V.

Ein Anschluss jeder Spule wird als Phase ins Netz geführt, die anderen werden im Sternpunkt zusammengeschaltet und bilden den Neutralleiter. Zwischen den Phasen liegt jeweils eine Spannung von 400V, zwischen Phase und Neutralleiter liegen 230V. Diese Werte kommen durch den Verkettungsfaktor √3 zustande, welcher sich durch die Phasenverschiebung erklären lässt.

Herleitung des Verkettungsfaktors

Werden die Spannungen der einzelnen Phasen als Zeiger dargestellt, so hat jeder Zeiger den Betrag (die Länge) 230V. Dies ist die Spannung die an jeder Phase gegenüber dem Neutralleiter bzw. dem Sternpunkt gemessen werden kann. Alle drei Zeiger U1, U2, U3 sind untereinander um 120° phasenverschoben. Um die Spannung zwischen zwei Phasen zu berechnen, benötigt man die vektorielle Subtraktion der beiden Zeiger, im Phasendiagramm als Verbindungslinie zwischen den Spannungen U1 und U2 als U12 eingezeichnet. Die Länge des Zeigers U12 kann ann über den Kosinus berechnet werden. Da es sich bei dem Dreieck gebildet durch U1, U2 und U12 um ein gleichschenkeliges Dreieck handelt, sind die beiden spitzen Winkel gleich groß. Der stumpfe Winkel ist mit 120° vorgegeben. Die Winkelsumme im Dreieck sind 180° Für den Winkel α gilt damit:

α = (180°-120°) / 2 = 30°

Durch Teilen der Strecke U12 in zwei Strecken der Länge x erhät man ein rechtwinkliges Dreieck. Die Strecke x berechnet sich dabei zu:

x = cos 30° * U1

Für U12 gilt damit:

U12 = 2 * cos 30° * U1

Da cos 30° = √3 / 2 ist, gilt dann für den konkreten Fall des üblichen Drehstromnetzes:

U12 = √3 * 230 V = 398 V

Sternpunktverschiebung



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