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Drehstrom in einfachen Worten
 

Dreiphasige Wechselspannung im Detail (3)

 

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Unterschied zwischen Strom und Spannung

Messung von Spannungen (1,5V--  und 230V~)

Bemerkungen zum elektrischen Strom

230V Wechselspannung im Detail

400V Wechselspannung im Detail

Dreiphasige Wechselspannung im Detail (1)

Messung von Spannungen am Drehstromnetz

Dreiphasige Wechselspannung im Detail (2)

Dreiphasige Wechselspannung im Detail (3)

Stern- und Dreieckschaltung


Fortsetzung:

Es werden die Vorteile und damit das "Warum" dieses Leitersystems ausführlich begründet.

 

 

2.

Trotz der nur 4 Leiter stehen drei vollwertige 400V~ Spannungsquellen zur Verfügung. Genaugenommen würde man bei ausschliesslicher Nutzung der 400V~ Spannungsquellen gar keinen Nullleiter benötigen, denn 400V~ erhält man ja gerade dadurch, dass man zwei 230V~ Leitungen als Spannungsquelle benutzt.

Dies wurde hier erläutert: 400V Wechselspannung im Detail.

Die 3 x 400V~ bekommt man allein dadurch, dass man die 3 x 230V~ zeitlich zueinander versetzt, sozusagen gratis mit dazu.

 

3.

Wenn man als Verbraucher drei identische Elektromagnete nimmt, und entsprechend räumlich anordnet, dann erhält man ein elektromagnetisches Feld mit einem zeitlichen Drehsinn. So lassen sich auf besonders einfache Weise Elektromotoren herstellen. Die Ausnutzung genau dieses Aspekts ist weltweiter Industriestandard.

Drei Elektromagnete ist die Mindestanzahl, um einen Rotationssinn zu erzeugen.

 

3a.

Vertauscht man egal welche 2 der 3 230V~ Leitungen, dann ändert sich der Drehsinn und damit die Drehrichtung des angeschlossenen Elektromotors. Dies gilt sowohl für das 3 x 230V~ als auch das 3 x 400V Anschlussschema.

Damit ergeben sich einfache Umschaltmöglichkeiten der Drehrichtung bei Elektromotoren.

 

3b)

Die so genannte "Stern-Dreieck" Umschaltung bietet eine einfache Möglichkeit, grosse Elektromotoren schonend anlaufen zu lassen. Dazu auf der folgenden Seite mehr.

 

4.

Das beschriebene 4-Leitersystem bietet eine Bandbreite von Anschlussmöglichkeiten.

 

Für elektrische Leistung gilt allgemein:

 

Leistung des Verbrauchers = Strom x Spannung 

 

(Darauf wird in den Kapiteln Ohmscher Widerstand und Leistung Drehmoment Energie eingegangen)

 

Dies gilt für eine einzelne Spannungsquelle.

Hier fehlt zur Allgemeingültigkeit zwar noch ein Faktor (Cosinus Φ), allerdings bewegt er sich praktisch immer im Bereich [0,7... 1,0] und beeinträchtigt die folgenden Ausführungen nicht.

 

Typische Absicherungen von Leitungsnetzen im häuslichen und teilweise industriellen Bereich liegen bei 16 Ampere.

Bei 230V~ kann man damit Leistungen in Verbrauchern erreichen bis 16Ampere x 230V = 3680 Watt.

Die folgende Tabelle zeigt die mit 16 Ampere Absicherung maximal entnehmbare Leistung aller denkbaren Anschlussmöglichkeiten. 

 

Im Gerät verwendete Spannung(en)
Berechnung der maximal entnehmbaren Leistung bei 16A Absicherung Ergebnis Beispiele
1 x 230V~  16A x 230V 3,7 KW Das meiste im Haushalt. Fast alle Heizlüfter, Wasserkocher, etc. haben maximal 2 KW.
Die meisten Schweissgeräte bis 160 A.
1 x 400V~  16A x 400V 6,4 KW

Z.B. Schweissgeräte mit 160 bis 250A max. Schweissstrom. Die meisten Geräte mit Leistungen im Bereich 4 bis 6 KW. (keine Motoren)

2 x 230V~  16A x 230V x 2 7,4 KW

Kommt selten vor. Praktisch durch 1 x 400V~ abgedeckt.

3 x 230V~  16A x 230V x 3 11,1 KW

Ohne Nutzung des Drehsinns: Herd, schwächere Durchlauferhitzer.

Mit Nutzung des Drehsinns: Elektromotoren, z.B. in Häckslern ab 3 KW.

2 x 400V~  16A x 400V x 2 Siehe Punkt 10a weiter unten.
"Holzi Stefan" bitte mal von einer Adresse melden, auf die man auch antworten kann.
12,8 KW

Kommt selten vor. Praktisch durch 3 x 230V~ abgedeckt.

3 x 400V~  16A x 400V x 3 Siehe Punkt 10a weiter unten 19,2 KW

Häusliche Durchlauferhitzer. Eine 3 x 16 A Absicherung würde für einen (als eher schwach einzustufenden) 18KW Durchlauferhitzer im Dreiecksbetrieb rechnerisch gerade so ausreichen. In der Praxis wird daher deutlich höher mit entsprechend dickeren Kabeln abgesichert.

In der Industrie meistens nur mit Nutzung des Drehsinns: Stärkere Elektromotoren.

 

Der Verfasser wurde bereits mehrfach kontaktiert, weil sich in obiger Tabelle angeblich ein Fehler befinde. Die folgenden Ausführungen sind die Antwort auf die bisher jedesmal gestellte Frage.

Das Wesentliche, worüber die meisten stolpern, ist, dass hier die Absicherungen fest vorgegeben sind, und die anzuschliessenden Geräte die Variable darstellen.


1. Der Einfachheit halber betrachten wir ohmsche Lasten, und lassen Absicherungen zunächst ausser Acht, bzw. die Absicherungen seien beliebig hoch.

2. Wenn ich bei sonst gleichen Randbedingungen die angelegte Spannung um das Wurzel(3)- fache erhöht, dann erhöht sich der Strom ebenfalls um das Wurzel(3)- fache.
Insgesamt wird dann das 3-Fache an Leistung abgegeben.

3. Sternschaltung: Verbraucher sehen 230V
Dreieckschaltung: Verbraucher sehen 400V.

4. Wenn man also denselben Verbraucher einmal bei Stern-, und einmal bei Dreieckschaltung betreibt, dann unterscheiden sich die entnommenen Leistungen um das 3-Fache.

Der Strom ist bei Dreieckschaltung dabei um das Wurzel(3)- fache höher (und die Spannung natürlich auch) als bei Sternschaltung.

5. Punkt 4 mit Motoren anstelle ohmsch nennt man Stern-Dreieckschaltung, eine häufig genutzte Anlaufschaltung für grössere Motoren. Die Motoren werden im Sternbetrieb angelassen, und nach kurzer Zeit werden sie auf Dreieckbetrieb umgeschaltet. Die Leistungen können sich dabei um Faktor 3 unterscheiden, müssen es aber nicht, denn hier spielen noch weitere Dinge eine Rolle.

6. Ab jetzt betrachten wir praktische Randbedingungen, wie sie in häuslichen Umgebungen immer auftreten, konkret: Absicherungen.
In der Installationspraxis sind die "sonst gleichen Bedingungen" also anders als in den bisherigen Ausführungen:
Die Absicherung ist vorgegeben, und die Last, bzw. das angeschlossene Gerät ist die Variable.

7. Bei 1 x 230V / 16A Absicherung kann man 230V x 16A = 3,7 KW entnehmen.

8. Wenn man den Verbraucher von Punkt 7. an 400V anlegt (davon abgesehen, dass es hier einige praktische Hürden gibt), dann spricht die Sicherung an, oder der Verbraucher wird beschädigt, oder beides. Dieser Fall ist also irrelevant.

9. Man muss einen anderen Verbraucher nehmen, der bei 400V "nur" 16A Strom entnimmt.
Dann ist die maximal entnehmbare Leistung 400V x 16 A = 6,4 KW, also das Wurzel(3)- fache.

10. Bei 3 Phasen gilt Entsprechendes:
Man muss für 230V bzw. 400V unterschiedliche Verbraucher nehmen, damit sich die zur Verfügung stehenden 16A tatsächlich entnehmen lassen.


10a.

Speziell zu Dreieckschaltung:

Die Sicherungen sitzen in den Aussenleitern. Jeder Aussenleiter bedient 2 Motorwicklungen gleichzeitig. Durch beide Wicklungen sollen 16A fliessen. Da beide 16A Ströme um 120 Grad phasenversetzt sind, ist die Summe aus beiden wieder 16A!

--> Jeder der Aussenleiter "sieht" zu jedem Zeitpunkt 2 um 120 Grad phasenversetzte Wicklungsströme von jeweils 16A, die sich  zu 16A addieren.


11. In der Elektrikerpraxis spricht man (fälschlicherweise!) immer von 400V oder 0,4 kV, sobald man 3 Aussenleiter betrachtet, d.h., dreiphasige Hausanschlüsse heissen immer 400V Anschlüsse, obwohl es gegen Erde nur 230V sind, und 400V Geräte für den häuslichen Gebrauch gar nicht existieren. 3P Geräte  sind im häuslichen Bereich immer Sternschaltungen, selbst sehr starke Durchlauferhitzer. 


 

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Januar 2014