Drehstrom
Der Drehstrom wird auch als Dreiphasenwechselstrom, umgangsprachlich auch als Stark- oder Kraftstrom, bezeichnet. Er ist der Strom, der im Niederspannungsnetz vom Endverbraucher (öffentliches Stromnetz) genutzt wird. Die Spannung ist hier u. a. auch in Deutschland auf 400 Volt begrenzt.
Werden in einem Generator drei Spulen gleichmäßig im Kreis versetzt angeordnet, so entstehen drei zeitlich ebenso versetzte Wechselspannungen, die ihre Maximalamplituden nacheinander zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreichen. Diese zeitliche Versetzung wird durch die Phasenlage beschrieben.
Beim Dreiphasenwechselstrom sind diese Phasen um 120° zeitlich versetzt. siehe Abb. 1 Drehstrom
Die Formel zur Berechnung einer einzelnen Wechselspannung in einem Dreiphasenwechselstromnetz lautet:
Die Energieversorgungsunternehmen streben eine gleichmäßige Belastung der drei Phasenstränge an. Bei der Aufteilung des Dreiphasenwechselstrom-Systems in einzelne Wechselstromleitungen wie in Haushalten ist eine symmetrische Belastung aber nicht mehr gewährleistet. Aus diesem Grund wird ein Neutralleiter (Vierleitersystem) hinzugefügt, über den die vom Grad der Asymmetrie abhängigen Ausgleichsströme zwischen den Außenleitern fließen. Dieser Neutralleiter ist wie die Außenleiter ein "aktiver Leiter" des Drehstromsystems, der im Gegensatz zu einem zusätzlichen Schutzleiter im normalen Betrieb stromdurchflossen sein kann. siehe Abb. 2 Drehstrom
Zur Nutzung von Drehstrom gibt es die unterschiedlichen Anwendungsverfahren Dreieck- und Sternschaltung.
Sternschaltung
In der Sternschaltung (Drehstromnetz) werden die drei Phasenstränge eines Drehstromsystems an jeweils einem Ende zusammengeschaltet. Der so entstandene Zusammenschluss bildet den Mittelpunkt, der auch Sternpunkt genannt wird. Dieser ist mit dem Neutralleiter (N) verbunden. Die freien Enden werden dann mit den Außenleitern (L1, L2 und L3) verbunden. siehe Abb. 3 Drehstrom
Diese Schaltung hat den Vorteil, dass bei symmetrischer Belastung (d. h. die drei Stränge u, v, w haben die gleiche Impedanz) zwei unterschiedliche Spannungen abgegriffen werden können. Ausgehend von einer in Deutschland üblichen Phasenspannung sind dies zwischen einem der Außenleiter (L1, L2 oder L3) und dem Neutralleiter (N) 230 V. Greift man jedoch die Spannung zwischen zwei Außenleitern ab, z. B. L1 und L2, erhält man 400 V.
Der gemeinsame Einsatz der drei Phasenstränge erfolgt u. a. bei Elektromotoren (Drehstrommotor). Werden die Spannungen in einen Motor mit drei im Kreis versetzten Spulen geleitet, so entsteht erneut ein rotierendes Magnetfeld, das einen einfachen Kurzschlussläufer in Rotation versetzt. Hier werden die Enden der drei Phasenstränge folgendermaßen bezeichnet:
Um z. B. einen Elektromotor in Sternschaltung zu betreiben, werden die Außenleiter L1, L2 und L3 mit den Strangenden u1, v1, und w1 wie folgt verbunden:
Die übrigen Enden der Phasenstränge u2, v2 und w2 werden gebrückt (miteinander verbunden) und ergeben den eingangs erwähnten Sternpunkt.
Dreieckschaltung
In der Dreieckschaltung (Drehstromnetz) werden die drei Phasenstränge eines Drehstromsystems in Reihe geschaltet. Dabei wird das Ende eines Phasenstrangs mit dem Anfang des nächsten Phasenstrangs verbunden. Hierdurch entstehen drei Eckpunkte (u1,v1 und w1), an denen die Außenleiter angeschlossen werden und deren Bezeichnungen genormt sind: L1, L2 und L3 (alt: R, S und T).
siehe Abb. 2 Wechselstrom
Ein Neutralleiter (N), wie bei der Sternschaltung, wird nicht benötigt. In Deutschland und Mitteleuropa beträgt die Spannung im Verbrauchernetz zwischen den Phasenleitern an den Eckpunkten 400 Volt. Die einzelnen Außenleiter haben gegen Erde eine Spannung von 230 Volt. siehe Abb. 4 Drehstrom
Die Dreieckschaltung (Dreileitersystem) wird meist in der Industrie bei leistungsstarken Maschinen und zur Leitung von elektrischer Energie über große Entfernungen eingesetzt.
