Einführung in den Drehstrom

Hallo!

Die Abhandlung über die Technik der Gleichstrommotoren haben wir jetzt erstmal hinter uns, vielleicht kommen wir irgendwann nochmal darauf zurück, aber in nächster Zeit wollen wir uns auf Drehstrommotoren, deren Technik und Anwendung konzentrieren. Um die Funktionsweise eines Drehstrommotors zu verstehen, ist es jedoch notwendig, sich zunächst mit dem Drehstrom als solchen auseinanderzusetzen. Was ist eigentlich Drehstrom? Wie wendet man Drehstrom in elektrischen Schaltungen an? Diese und weitere Fragen will ich in den nächsten Artikeln beantworten. Dazu habe ich vier Artikel geplant: Im ersten, dem heutigen Artikel, geht es um die Grundlagen des Drehstroms, im zweiten, der am 15. Juni erscheinen wird, um Drehstromnetze mit drei und vier Leitern sowie Normen zur Farbgebung der Anschlusskabel. Im dritten Artikel, welcher am 1. Juli erscheint, wird die trockene Theorie etwas aufgelockert mit einer Abhandlung über die Geschichte des Drehstroms. Im vierten Artikel, welcher schließlich am 15. Juli erscheint, geht es um Anwendungsschaltungen für Drehstromverbraucher, nämlich die Stern- und die Dreiecksschaltung.

Kommen wir nun also zu den Grundlagen des Drehstroms: Ein Drehstrom besteht immer aus drei einzelnen sinusförmigen Wechselströmen, welche jeweils um 120 Grad in der Phase zueinander verschoben sind. Warum aber gerade drei Ströme mit einer solchen Phasenverschiebung? Dies hat vor allem mit der Erzeugung von Strom zu tun: Dazu nutzt man Generatoren, in welchen drei große Pakete mit Spulen angeordnet sind, die jeweils im Winkel von 120 Grad zueinander stehen, ähnlich den Eckpunkten eines Sterns wie dem Logo der Marke Mercedes. Jede dieser Spulen speißt einen Strang des Drehstromsignales, welche deswegen in der Fachliteratur auch häufig als L1, L2 und L3 bezeichnet werden. Bildet man vektoriell die Summe über alle drei Einzelsignale, ergibt sich zu jedem beliebigen Zeitpunkt null. Dies hat einen ganz entscheidenden Vorteil: Man benötigt bei symmetrischer Belastung des Drehstroms keinen Rückläufer mehr zum Kraftwerk, sodass man insgesamt nur drei Kabel, nämlich die drei einzelnen Phasen hat. Mit diesen drei Kabeln lässt sich die dreifache Leistung als bei einem einfachen Wechselstrom übertragen. Einfacher Wechselstrom benötigt zur Übertragung jedoch zwei Kabel, sodass das Leistung/Kabel-Verhältnis bei Drehstrom bedeutend besser als bei einfachem Wechselstrom ist. Da jedoch die Verbraucher oftmals nicht ganz symmetrisch arbeiten, verbaut man trotzdem ein Rückstrang, man nennt diesen dann "Neutralleiter". Er kann aufgrund der kleinen Ströme, die als Differenz zwischen den Verbrauchern entstehen, jedoch sehr klein gebaut werden. Drehstrom hat den großen Vorteil, dass sich ohne großen Aufwand ein periodisches Feld erzeugen lässt, in welchem sich ein Rotor bewegen kann. Dazu kehrt man die Erzeugung des Drehstroms einfach um und baut einen Motor mit drei Spulenpaketen, die im Winkel von 120 Grad zueinander angeordnet sind. Wenn man auf jedes Spulenpaket einen Strang des Drehstroms legt, erzeugt dies eine konstante Bewegung des Rotors. Drei Spulen so zu einem Elektromotor angeordnet, nennt man Drehstrommotor ;-)

Drehstrom ist heute in der Industrie weit verbreitet, private Anwender kennen Drehstrom auch unter der Bezeichnung "Starkstrom", manch einer hat sich eine extra Steckdose dafür installieren lassen, welche dann rot ist und 5 Anschlüsse hat (drei Stränge des Drehstroms, Nullleiter und Schutzleiter).

So, das wars für heute, am 8. Mai erscheint der nächste Cartoon, am 15. Mai der nächste Artikel unserer Serie.

Bis dahin alles Gute!

Philipp