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〰 Wechsel- & Drehstrom
Sinusgrößen, Effektivwerte, Phasenverschiebung, Leistung und Drehstrom. Wähle unten selbst, wie tief du einsteigen möchtest.
Begriff zuerst
Bevor du eine Formel einsetzt, kläre, welche physikalische Größe gemeint ist und welche Einheit dazugehört.
Formel umstellen
Gesuchte Größe markieren, Formel nach ihr umstellen, Einheiten vereinheitlichen und erst dann Zahlen einsetzen.
Plausibilität
Passt das Vorzeichen, die Größenordnung und die Einheit? Eine kurze Kontrolle findet viele Rechenfehler.
Dein Lernpfad
Wechselstrom
Wechselstrom ändert seine Richtung periodisch. Im Netz wird meist eine sinusförmige Spannung betrachtet. Formel: u(t)=Û·sin(ωt).
Frequenz
Die Frequenz gibt an, wie viele Perioden pro Sekunde stattfinden. Einheit: Hertz. Formel: f = 1/T.
Periodendauer
Die Periodendauer ist die Zeit für eine vollständige Schwingung. Formel: T = 1/f.
Effektivwert
Der Effektivwert einer Wechselgröße beschreibt die gleichwertige thermische Wirkung eines Gleichstromwerts. Formel: Ueff = Û/√2.
Phasenverschiebung
Bei Wechselgrößen können Spannung und Strom zeitlich gegeneinander verschoben sein. Formel: φ = Winkel.
Wirkleistung
Wirkleistung ist der Anteil der Wechselstromleistung, der tatsächlich Arbeit bzw. Energie umsetzt. Formel: P = U·I·cosφ.
Blindleistung
Blindleistung pendelt zwischen Quelle und reaktiven Bauteilen. Formel: Q = U·I·sinφ.
Scheinleistung
Scheinleistung kombiniert Wirk- und Blindleistung. Formel: S = U·I.
Leistungsfaktor
Der Leistungsfaktor beschreibt das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung. Formel: cosφ = P/S.
Drehstrom
Drehstrom besteht aus drei phasenverschobenen Wechselspannungen. Formel: P = √3·UL·IL·cosφ.
Sternschaltung
In der Sternschaltung sind die drei Wicklungen an einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden. Formel: UL = √3·UP.
Dreieckschaltung
In der Dreieckschaltung bilden die drei Wicklungen einen geschlossenen Ring. Formel: UL = UP.
Rechenmethode
Diese Reihenfolge funktioniert bei vielen Elektrotechnik-Aufgaben und macht Rechenwege nachvollziehbar.
Einsteiger-Erklärung
Bei Wechselstrom ändert sich die Spannung ständig zwischen positiven und negativen Werten – im deutschen Stromnetz 50-mal pro Sekunde (50 Hz). Weil sich ständig schwankende Werte schlecht vergleichen lassen, rechnet man mit dem Effektivwert: Das ist der Gleichstromwert, der dieselbe Wärmewirkung hätte. Die bekannten 230 V aus der Steckdose sind bereits ein Effektivwert, kein Spitzenwert (der liegt bei rund 325 V).
Drehstrom besteht aus drei um 120° versetzten Wechselspannungen und wird für größere Leistungen (z. B. Motoren, Herde, Wallboxen) genutzt, weil er gleichmäßiger Energie liefert und bei gleicher Leistung dünnere Leitungen erlaubt als einphasiger Wechselstrom.
Fortgeschrittene Hinweise
- Der Leistungsfaktor cosφ ist bei induktiven Lasten (Motoren, Trafos) meist kleiner als 1; Netzbetreiber verlangen ab bestimmten Anschlussleistungen einen Mindestwert (oft cosφ ≥ 0,9), sonst drohen Blindleistungskosten.
- Bei symmetrischer Drehstromlast fließt im Sternpunkt (Neutralleiter) kein Strom; bei unsymmetrischer Last übernimmt der Neutralleiter die Differenzströme der drei Phasen.
- Effektivwerte in der Form Ueff=Û/√2 gelten exakt nur für sinusförmige Signale; bei Oberschwingungen (z. B. durch Schaltnetzteile) muss der echte quadratische Mittelwert (True RMS) gebildet werden.