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Dreiphasenspannung, ebenfalls Drehstrom oder (in Laiensprache) Leistungsstrom als elektrische Energie in Form von drei gleichzeitig erzeugten Wechselspannungen die gegeneinander phasenverschoben sind, sodass sie ihre Maximal- und Minimalwerte nicht gleichzeitig, sondern nacheinander erreichen. In Haushalten wird die Elektrizität normalerweise mit einer einzigen Phase (brauner Draht) und einem Neutralleiter (blauer Draht) geliefert. Dazwischen liegt eine Spannung von 230 V (Effektivwert). Größere Häuser werden an drei Phasen und eine Null angeschlossen, wobei nicht alle Gruppen im Haus an der gleichen Phase angeschlossen sind. Für Großverbraucher und insbesondere für die Stromversorgung schwerer Elektromotoren werden drei Phasen verwendet. 230 V (die Fasen Phasenspannung) und 400 V (de Leitungsspannung), wiederum in Bezug auf den Effektivwert.

Die Drehstromspannung wird von einem Generator mit drei separaten Magnetfeldern erzeugt, die einen Winkelversatz von 120° haben. Der Generator, dessen rotierender Teil, der Rotor, sich pro Umdrehung um 360° bewegt, hat daher drei rundum gleichmäßig verteilte Magnetfelder (3 × 120° = 360°). Dadurch entstehen drei separate Wechselspannungen, die zwar ähnlich (und in diesem Fall: sinusförmig) nacheinander ihren Maximalwert (120°) erreichen. Somit haben bei jeder vollständigen Umdrehung des Rotors alle drei Spannungen ihr Maximum und Minimum durchlaufen. Um dieses Prinzip zu verdeutlichen, sehen Sie sich die folgende Abbildung an.

Schema eines Drehstromgenerators. Der rotierende Permanentmagnet induziert in den Leitungen L1, L2 und L3 in den Spulen eine Drehspannung.

Geschichte

Der Begriff Drehstrom wurde konzipiert von AEG-Ingenieur Mikhail Doliwo-Dobrowolskic, auch Erfinder der weiter unten zu diskutierenden Stern- und Dreieckschaltungen. Da eine dreiphasige Spannung in a Drehstrommotor ein Drehfeld erzeugt, wird der Begriff . auch für Drehspannung verwendet Drehstrom benutzt. Weitere Informationen finden Sie unter: Krieg der Ströme

Grund für die Verwendung von Wechselspannung

Der Hauptgrund für die Verwendung von Wechselspannung ist die Möglichkeit, diese mit a . leicht in eine höhere oder niedrigere Spannung umzuwandeln Transformator. Weil bei Hochspannung die Stromstärke (I) ist kleiner für das gleiche elektrische Energie (P), die Transportverluste aus dem elektrischer Wiederstand (R) in einer Leitung, eingeschränkt werden. (Joule-Effekt P=I²R). Mit anderen Worten: Die Verluste bei der Stromübertragung sind hauptsächlich von der Stromstärke und nicht von der Spannung abhängig. Die von einem Widerstand (hier: der Widerstand des Rohres) aufgenommene Leistung, die in - nutzlose - Wärme umgewandelt wird, ist gleich dem Widerstand multipliziert mit dem Quadrat des Stroms. Um diese Wärmeverluste zu begrenzen, ist es daher effizienter (wegen der quadratischen Auswirkung auf die Verluste), den Strom so klein wie möglich zu halten.

Im Kraftwerk wird die Spannung also zunächst für den Transport in die Stromnetz. Erst in der Nähe des Endverbrauchers wird die Spannung wieder auf eine relativ sichere Normalspannung von 230 V abgesenkt. Dies geschieht in Wohngebieten mit Transformatorenhäuser. Die Großverbraucher (Industrie) beziehen ihren Strom auf Mittelspannungsebene (10 000 V) und haben eine eigene Trafostation, um ihn auf 230/400 V zu bringen.

Grund für die Verwendung von Dreiphasenspannung

Der Hauptgrund für den Einsatz eines Drehstromnetzes ist der Einsatz industriell eingesetzter, leistungsstarker Induktionsmotoren oder Drehstrom-Asynchronmotoren die für Drehstrom gebaut sind. 's Drehstrom-Induktionsmotor Nikola Tesla basiert auf dem Prinzip des rotierenden Magnetfeldes, hier erzeugt durch drei um 120° phasenverschobene Wechselströme. Mit dieser Erfindung wurde ein Elektromotor geschaffen, der nicht nur effizient, einfach und billig zu bauen war, sondern auch kaum zu zerbrechen war: Der Rotor mit den Lagern, auf denen er rotiert, sind die einzigen beweglichen Teile und damit auch die einzigen Teile des Maschine, die verschleißen kann. Alle anderen Elektromotoren der damaligen Zeit mussten ineffiziente nutzen Kohlebürsten als Schleifkontakte und Kommutatoren (Strömungsumkehrer); alle Teile, die leicht kaputt gehen könnten. Darüber hinaus war dieser Motortyp für große Leistungen und hohe Spannungen einfach zu bauen und hatte eine konstante Drehzahl bei variabler Last.

In den Niederlanden basiert der Teilnehmeranschluss auf dreiphasiger Spannung, wobei ein Hausanschluss entweder auf einer der drei verfügbaren Phasen oder auf allen drei angeboten wird. Siehe auch Benutzen.

Separate Wicklungen

Die in den Kraftwerken installierten Generatoren enthalten drei separate Wicklungen, die Teil der Stator, die um 120° versetzt sind und drei Spannungen mit einer Frequenz von 50 Hertz erzeugen. Da die Wicklungen räumlich um 120° verschoben sind bzw. eine Phasendifferenz von 2/3 π zueinander aufweisen und die Rotor des Generators immer entlang dieser verschobenen Wicklungen rotiert und nacheinander durchlässt, die erzeugten Spannungen - wie die Abbildung zeigt - nicht gleichzeitig maximal sein oder durch Null gehen,

Die Spannung E1 legt in einer Periode einen Winkel von 360° zurück, was einem Winkel von . entspricht 2π Bogenmaß. Dies gilt auch für die anderen beiden Spannungen E2 und E3. Der einzige Unterschied besteht darin, dass E2 einen Winkel von 120° später damit beginnt und E3 einen Winkel von 240° später, so dass die gegenseitige Phasenverschiebung 120° beträgt. Diese Phasenverschiebung wird im Vektordiagramm weiter ausgedrückt.

Ein Vektor ist ein Segment mit einer Länge und einer Richtung. In diesem Fall rotieren die Spannungsvektoren mit einer Winkelgeschwindigkeit ω = 2πf (rad/s) gegen den Uhrzeigersinn. Da sich die drei Vektoren mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit und in die gleiche Richtung drehen, behalten sie immer die gegenseitige Phasenverschiebung von 120° bei.

Sternverbindung

Wenn die drei Phasen des Netzes an eine Drehstromtransformator dessen Sekundärseite in der in der Abbildung gezeigten Weise verbunden ist, sprechen wir von a Sternverbindung.

Die drei Wicklungen u₁, v₁, und W₁ des Transformators versorgen die Phasen L1, L2 und L3. Auf der gemeinsame Null N werden die anderen Enden u₂, v₂ und W₂ der Wicklungen miteinander verbunden. An jeder der Wicklungen, d. h. zwischen L1 und N, zwischen L2 und N und zwischen L3 und N, ist der PhasenspannungSIE_Phase vorhanden. Die Spannung zwischen L1 und L2, zwischen L1 und L3 und zwischen L2 und L3 heißt LeitungsspannungSIE_Linie oder der gekoppelte Spannung.

Die Beziehung zwischen der Phasenspannung und der Netzspannung ist:

${displaystyle U_{ ext{line}}={sqrt {3}} U_{ ext{phase}}}$

Für die entsprechenden Flüsse gilt:

${displaystyle I_{ ext{line}}=I_{ ext{phase}}}$

Dreieckschaltung

Die Sekundärwicklungen des Transformators können auch gemäß nebenstehender Abbildung angeschlossen werden Diese Schaltung wird mit . bezeichnet Delta-Verbindung'. Da hier keine Null vorhanden ist, fallen die Phasenspannung und die Netzspannung zusammen, also:

${displaystyle U_{ ext{line}} =U_{ ext{phase}}}$

Für die entsprechenden Flüsse gilt jedoch nur Folgendes:

${displaystyle I_{ ext{line}}={sqrt {3}} I_{ ext{phase}}}$

Leistung

Es elektrische Energiep_Phase einer Phase ist:

${displaystyle P_{ ext{phase}}=U_{ ext{phase}}I_{ ext{phase}}cos phi }$.

Für die drei Phasen zusammen:

${displaystyle P=3P_{ ext{phase}}=3,U_{ ext{phase}}I_{ ext{phase}}cos phi }$.

Darin ist ${Anzeigestil cos phi}$ das Leistungsfaktor.

Ausgedrückt in Netzspannung und -strom, sowohl für die Stern- als auch für die Dreieckschaltung, beträgt die kombinierte Leistung für die drei Phasen:

${displaystyle P={sqrt {3}},U_{ext{line}}I_{ext{line}}cos phi}$

Berechnungsbeispiel

Ein Tonofen (Töpferofen) hat einen Drehstromanschluss. Da der Ofen über Heizelemente verfügt, können wir ${Anzeigestil cos varphi}$ auf einen Wert von 1 gesetzt. Der Backofen hat eine Angabe auf dem Typenschild ${displaystyle P=10{,}5 { ext{kW}}}$. Die Sicherungen der Drehstromgruppe im Sicherungskasten sind 3 × 16 A. Kann dieser Ofen damit arbeiten? Die Stromstärke ${displaystyle I_{ ext{line}}}$ wird gegeben von:

${displaystyle I_{ ext{line}}={frac {P}{{sqrt {3}},U_{ ext{line}}cos varphi }}}$

Mit:

${displaystyle P=10.500 { ext{W}}}$

${displaystyle U_{ ext{line}}=400 { ext{V}}}$

und

${Anzeigestil cos varphi =1}$,

wird das:

${displaystyle I_{ ext{line}}={frac {10500 { ext{watt}}}}{1{,}732 imes (400 { ext{volt}}) imes 1}}=15{,}2{ ext{ EIN}}}$

Die Antwort lautet also: Ja, der Ofen kann damit betrieben werden, zumindest wenn keine anderen Power-User mit derselben Gruppe verbunden sind.

Wirkleistung, Scheinleistung und Blindleistung

Die oben berechnete Leistung ist die tatsächlich übertragene Leistung. Es wird mit der Einheit . ausgedrückt Watt (W). Die tatsächliche Leistung ist neben Spannung und Strom auch vom Leistungsfaktor abhängig ${Anzeigestil cos varphi}$ wegen der Phasenverschiebung ${Anzeigestil Varphi }$ zwischen Spannung und Strom. Die Leistung ist maximal, wenn die Phasenverschiebung 0 ist und somit ${Anzeigestil cos varphi =1}$.

Diese maximale Leistung beträgt wahrscheinliches Einkommen erwähnt. Sie wird im Unterschied zur Wirkmacht ausgedrückt in Volt-Ampere (VA). Die Wirkleistung ist eine Komponente der Scheinleistung. Die andere Komponente, die keine tatsächliche Leistung darstellt, wird zu Blindleistung benannt und in VAR (Voltampere reaktiv).

• Es tatsächliche Leistung ${displaystyle P={sqrt {3}},U_{1}I_{1}cos varphi }$ mit der Einheit Watt (W)
• Es Scheinleistung ${displaystyle S={sqrt {3}},U_{1}I_{1}}$ mit der Einheit Volt-Ampere (VA)
• Es Blind- oder Blindleistung ${displaystyle Q={sqrt {3}},U_{1}I_{1}sin varphi }$ mit der Einheit Voltampere reaktiv (VAr)

Im beiliegenden Vektordiagramm wird der Zusammenhang zwischen den genannten Potenzen weiter ausgedrückt: Dass drei Arten von Potenzen unterschieden werden müssen, liegt an Reaktanz (${Anzeigestil X}$) von a . kommend induktiv oder - was selten ist - a kapazitiv MwSt. Eine ideale induktive oder kapazitive Last verursacht eine Phasenverschiebung von 90° zwischen Strom und Spannung, wie im beiliegenden Vektordiagramm dargestellt. Bei einer induktiven Last eilt der Strom der Spannung nach, bei einer kapazitiven Last eilt der Strom der Spannung nach.

Die Wicklungen von beispielsweise Elektromotoren haben eine gewisse have Induktivität Phasenverschiebung verursachen. Auch von der Kontrollgerät von Gasentladungslampen eine Phasenverschiebung auftritt. Werden viele Motoren oder Gasentladungslampen an eine Anlage angeschlossen, kann eine so große Phasenverschiebung auftreten, dass ${Anzeigestil cos varphi}$-Verbesserung ist notwendig. Dies reduziert die Phasenverschiebung auf einen akzeptablen Wert. Dies wird mit einem Kondensator oder einem Kondensatorbatterie die den Einfluss der induktiven Reaktanz ganz oder teilweise aufhebt.

Niederspannung

Nach Transport und Verteilung über das Hochspannungsnetz beträgt die eingespeiste Drehspannung three Netztransformator vor Ort von 10 kV auf 400 V umgerüstet für Industrieanwender, Gewächshausgartenbau, große Gebäude und Wohnungen. In den Stadtteilen wird für die Hausanschlüsse in Verteilerkästen die eingespeiste Drehspannung von 400 V auf eine einphasige Netzspannung von 230 V reduziert. Nämlich wenn die Drehspannung von 400 V zwischen den Klemmen L1 und L2, L1 und L3 und L2 und L3, dann ist die Phasenspannung zwischen den Klemmen L1, L2 und L3 und N: ${displaystyle U_{ ext{phase}}=400/{sqrt {3}}=230 { ext{volt}}}$. Dies ist die übliche Netzspannung für Haushalte in Belgien, den Niederlanden und weiten Teilen Europas. (Sehen Leistungsstrom.)

Benutzen

In den Niederlanden sind die meisten Häuser heute mit einem Drehstromanschluss verbunden. Im Zählerschrank wird entweder eine Phase für Kleinverbraucher angeschlossen oder alle drei Phasen, die dann nach dem Zähler in drei Gruppen à 230 V aufgeteilt werden Leistungsstrom-Gruppe für bestimmte Geräte wie (einige) Elektroherde oder Backöfen angeschlossen werden. Wenn nur eine Phase angeschlossen ist, wird eine einzelne (Haupt-) Sicherung in Kombination mit einem einphasigen Amperemeter verwendet. Bei einem anderen Teilnehmer am gleichen Anschlusskabel wird dann die zweite Hauptsicherung verwendet und bei einem dritten Haus am gleichen Kabel wird die dritte Sicherung verwendet: so wird die Belastung der Anschlusskabel zwischen Trafohaus und Häusern gleichmäßig verteilt .

Beim Anschluss aller drei Phasen werden drei Hauptsicherungen und ein Drehstromzähler verwendet. Erst nach dem Zähler können Sie zwischen drei separaten Gruppen von 230 V oder (auch) einer dreiphasigen wählen Leistungsstrom-Gruppe.

In Unternehmen wird die Drehspannung viel direkt genutzt, um schwere Geräte wie Elektromotoren, Klimaanlagen und dergleichen zu steuern. (Sehen CEE-Stecker: IEC 60309.)