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Dreiphasenwechselspannung (Drehstrom)


In Deutschland haben wir ein Vierleiternetz bestehend aus drei Außenleiter (früher Phasen genannt) und einem Nulleiter (PEN). Die drei Außenleiter nennt man heute L1, L2 und L2; früher wurden sie mit den Buchstaben R, S und T bezeichnet. Zwischen einem Außenleiter und dem Nulleiter liegt eine Spannung von 230 Volt, während zwischen zwei Außenleiter jeweils 400 Volt liegen.



Erzeugung von Dreiphasenwechselspannung

In den Generatoren, wo der Strom erzeugt wird, befinden sich drei um 120 Grad versetzte Spulen. In jede dieser Spulen wird bei Betrieb des Generators eine Wechselspannung induziert. Jede dieser Wechselspannungen hat daher eine Phasenverschiebung von 120 Grad zur vorigen.


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Dreiphasenwechselspannung


Die Enden jeder Spule werden als Strang aus dem Generator hinausgeführt. Sie haben die Bezeichnungen U, V und W. Hinter die Buchstaben schreibt man noch die Zahl 1 oder 2. Die Zahl besagt, ob es sich um den Anfang (1) oder das Ende (2) des Stranges handelt. Die Strangenden werden miteinander verbunden (verkettet). Dabei unterscheidet man zwei Schaltungen, die auch bei Drehstromverbrauchern angewendet werden: Die Sternschaltung und die Dreieckschaltung. Nach dieser Verkettung bleiben drei Leiter für die Energieübertragung übrig, die man Außenleiter nennt (L1, L2 und L3). Als vierter Leiter kommt der Nulleiter (PEN) hinzu.

Zwischen einem Außenleiter und dem Nulleiter liegen 230 Volt. Zwischen zwei Außenleitern dagegen 400 Volt. Die Spannung zwischen zwei Außenleitern ist um Wurzel aus drei (= 1,73) größer als die Spannung zwischen einem Außenleiter und dem Nulleiter. Den Faktor Wurzel aus drei nennt man auch den Verkettungsfaktor.



Sternschaltung

Verbindet man die Strangenden U2, V2 und W2 miteinander, so ergibt das eine Sternschaltung. Den Verbindungspunkt nennt man auch Sternpunkt. An diesem kann der Neutralleiter angeschlossen werden. Bei der Sternschaltung ergeben sich folgende Gesetzmäßigkeiten:


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Bei der Sternschaltung sind die Ströme in den Leitern genau so groß wie die Ströme in den Strängen. Die Spannungen in den Leitern sind dagegen um den Faktor Wurzel aus drei (1,73) größer als in den Strängen.

Bei symmetrischer Last, also wenn alle drei Widerstände gleich groß sind, sind auch die Leiterströme alle gleich groß. Im Neutralleiter fließt zu jedem Zeitpunkt die Summe aller Leiterströme, und die ist bei symmetrischer Last gleich Null! Im Neutralleiter fließt daher in diesem Fall kein Strom.

Bei unsymmetrischer Last, also wenn alle drei Widerstände verschieden groß sind, sind auch die Leiterströme alle verschieden. Im Neutralleiter fließt in diesem Fall ein Strom der umso größer wird, je unterschiedlicher die drei Widerstände sind.

Ist am Sternpunkt kein Neutralleiter angeschlossen, kommt es bei unsymmetrischer Last zu einer Verschiebung des Sternpunktes und der Verkettungsfaktor Wurzel aus drei gilt nicht mehr. In diesem Fall kommt es zu Über- und Unterspannungen an den drei Widerständen.


sternschaltung1.gif   sternschaltung2.gif


Dreieckschaltung

Verbindet man ein Strangende mit dem Anfang des nächsten, also U2 mit V1, V2 mit W1, und W2 mit U1, so ergibt das eine Dreieckschaltung. Bei der Dreieckschaltung ergeben sich folgende Gesetzmäßigkeiten:


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Bei der Dreieckschaltung sind die Ströme in den Leitern um den Faktor Wurzel aus drei (1,73) größer als in den Strängen. Die Spannungen in den Leitern sind dagegen so groß wie die Spannungen in den Strängen.


dreieckschaltung1.gif   dreieckschaltung2.gif


Leistung bei Drehstrom

Die Berechnung der Leistung bei Drehstrom wird bei Stern- als bei Dreieckschaltung mit der gleichen Formel durchgeführt:


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Bei Dreieckschaltung nimmt ein Verbraucher etwa dreimal soviel Leistung auf wie bei Sternschaltung.


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