Wechselstrom

In der Nachrichtentechnik ist er notwendig und im Alltag nicht mehr wegzudenken, der Wechselstrom.

Wechselstrom ist eine Wechselgröße, bei der die Spannung (Polarität) und damit auch der Stromfluss (richtungsbezogen) wechselt.

Der Wert (ob Spannung oder Strom) wiederholt sich nach jedem Verstreichen der Zeitperiode T. Die Zeitperiode T ist die Zeit, welche vergehen muss, damit sich ein periodisches Ereignis wiederholt. Beim sinusförmigen Wechselstrom ist die Periode 2π. Nach der halben Periode (=π), ist die Größe invertiert. x+ π = -x

Während Gleichstrom eine immer gleiche Polarität und einen immer gleichen Betrag hat, ändert sich eine sinusförmige Wechselgröße periodisch (Periode T = 2*π) in Betrag und Vorzeichen.

Eine gemischte Größe ist eine Wechselgröße, welche um einen Betrag in positiver oder negativer Richtung versetzt ist. Mathematisch kann man eine reine Wechselgröße von einer gemischten Größe über den arithmetischen Mittelwert der Funktion unterscheiden.

Bei einer reinen, sinusförmigen Wechselgröße ist der arithmetische Mittelwert immer gleich Null. Das Integral des Betrags der Periode, dividiert durch die Periodendauer, ergibt den Gleichrichtmittelwert.

Gleichrichtung bedeutet, dass das Vorzeichen nicht berücksichtigt wird, so der (Gleichricht-)Mittelwert auch einer rein, sinusförmigen Wechselgröße nicht Null wird.

Die Frequenz f gibt Aufschluss über die Wellen der Funktion.  Die Frequenz ist die Anzahl der Schwingung innerhalb einer Sekunde. Die Frequenz wird in der Einheit Hertz (Hz, 1/s) gemessen und bewertet. Das deutsche Stromnetz liefert 230 V Spannung bei einer Sekunde von 50 Hz.

Eine Periode T ist eine Komplettschwingung (Kreisschwingung), bestehend aus aufeinanderfolgende, positive und negative Halbschwingungen. Pro Sekunde wird bei 50 Hz die Periode 50 mal wiederholt. Eine Periode ist dann 0,02 Sekunden lang.

Die Kreisfrequenz ω ist das Produkt aus der doppelten Kreiszahl π und der Frequenz, beispielsweise 50 Hz (50 1/s). Dies bedeutet, dass bei einer Frequenz von 50 Hz der Kreis 50 mal pro Sekunde umrundet wird. Die Frequenz ist um so größer, je kleiner die Perioden sind.

Die Wechselspannung durchläuft ihre Periode demnach 50 mal pro Sekunde, bei einer Frequenz von 50 Hz. Mit der Kreisfrequenz kann daher eine Aussage über einen Zeitpunkt in der Wechselspannungsfunktion gemacht werden.

Setzt man den Wechselstrom einem Gleichstrom gleich, dann spricht man vom sogenannten Effektivwert des elektrischen Wechselstroms.

Der Effektivwert eines Wechselstroms ist der Wert eines Gleichstroms, der an einer ohmschen Last dieselbe elektrische Leistung erbringen würde. Der Effektivwert eines Wechselstroms hat für gewöhnlich das einfache, große I als Formelzeichen, aber auch Ieff und IRMS (Root Mean Square – quadratisches Mittel) sind gängige Bezeichnungen für den Effektivwert. Ein Index ist jedoch nicht notwendig, da das große I immer den Effektivwert meint.

Möglich ist eine Winkelverschiebung, welche in Berechnungen berücksichtigt werden muss. Der Nullphasenwinkel, in der unteren Skizze der Winkel φ, gibt die Verschiebung gegenüber dem Winkel 0°/360° an.

Daher muss noch die Nullphasenwinkel zum Produkt aus Kreisfrequenz und Zeit hinzu addiert oder (bei positiver Verschiebung) subtrahiert werden.

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