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Drehstrom,

 

Verkettung mehrerer sinusförmiger elektrischer Wechselströme, die gegeneinander phasenverschoben sind. In einem Generator, in dessen Gehäuse (Stator) mehrere (n ) Spulen angebracht sind, wird bei Drehung des Polrades (Rotors) durch das entstehende magnetische Drehfeld in jeder der Spulen eine Wechselspannung induziert. Diese Spannungen sind in ihrer Phase gegeneinander verschoben; man spricht von einem Mehrphasensystem. Sind die Spulen gleichartig und jeweils um den gleichen Winkel (2π/n) gegeneinander versetzt, so sind die Spannungen dem Betrag nach gleich groß und um den gleichen Phasenwinkel ϕ = ϕ_n = 2π/n gegeneinander verschoben; es liegt ein symmetrisches Mehrphasensystem vor.

 

Das technisch wichtigste, in der Stromversorgung meist angewandte Mehrphasensystem ist das den Dreiphasenstrom, den Drehstrom i. e. S., liefernde symmetrische Dreiphasensystem (n = 3, Phasenwinkel ϕ = 2π/3 ≙ 120º). Werden die Enden X, Y und Z der Spulen im Sternpunkt (Mittelpunkt, Knotenpunkt) verbunden, so ergibt sich ein Drehstromsystem in Sternschaltung (Y-Schaltung). Der vom Sternpunkt der Schaltung ausgehende geerdete Mittel- oder Sternpunktleiter (Mp-Leiter) ist bei symmetrischer Belastung stromlos; im Falle unsymmetrischer Belastung führt er einen Ausgleichstrom. Die Spannung zwischen den (mit den Spulenanfängen U, V und Westen verbundenen) Außenleitern R, S und T ist die verkettete Spannung (Leiterspannung) U_L; zwischen dem Mittelpunktleiter und den einzelnen Außenleitern liegen die Phasenspannungen oder Strangspannungen U_ph. Da diese gegeneinander um 120º phasenverschoben sind, ergibt sich für U_L aufgrund geometrischer Gesetze U_L = · U_ph. Der Strom I_L in den Außenleitern ist dagegen gleich dem jeweiligen Phasenstrom I_ph, da keine Stromverzweigung vorhanden ist.

 

Beim Sternsystem mit vier Leitern hat man zwei verschiedene Spannungen zur Verfügung, z. B. in Niederspannungsnetzen meist 380 V für U_L und 220 V für U_ph. Man kann dann sowohl Drehstromabnehmer für 380 V, z. B. Elektromotoren, dreiphasig anschließen als auch Wechselstromabnehmer einphasig für 220 V, z. B. Beleuchtungsanlagen, Haushaltsgeräte u. a. - Ortsnetze für die Versorgung von Haushalt, Gewerbe und Kleinindustrie sind praktisch immer 4-Leiter-Drehstromsysteme.

 

Schaltet man die drei Spulen eines Dreiphasensystems so zusammen, dass jeweils das Ende der einen Spule mit dem Anfang der folgenden Spule verkettet wird, dann erhält man die Dreieckschaltung. Die Effektivwerte der Spannungen zwischen zwei Außenleitern (Netzspannung) sind hier gleich der Phasenspannung, U_L = U_ph; die Ströme in den Außenleitern dagegen addieren sich geometrisch, sodass für die Effektivwerte I_L = I_ph gilt (Phasenverschiebung von 120º).

 

Die besonderen Vorteile von Drehstrom liegen in der beliebigen Umspannungsmöglichkeit sowie in der Möglichkeit, den wegen seiner einfachen Bauart und seiner günstigen Eigenschaften weit verbreiteten Drehstrommotor (meist ein Drehstromasynchronmotor, Elektromotor) mit Drehstrom betreiben zu können.