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Der Wechselstrom

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Wechselstrom hat die Eigenschaft, seine Richtung in regelmäßiger Wiederholung zu ändern. Dabei ergänzen sich positive und negative Augenblickswerte so, dass der Strom im zeitlichen Mittel Null ist.

Die Elektrische Energieversorgung erfolgt weltweit mit sinusförmigem Wechselstrom. Gründe dafür sind die einfache Erzeugung, die einfache Transformation zur verlustarmen Fernübertragung und der Betrieb einfacher Motoren.

Dadurch ist Wechselstrom im Betrieb wesentlich billiger als Gleichstrom. Die Nennspannung beträgt in Deutschland und weiterer Länder 230 V und beschreibt die Spannung zwischen Außenleiter und Neutralleiter.

Die Frequenz

Die Frequenz beschreibt die Anzahl der Schwingungen und somit die Anzahl der vollständigen Sinuswellen beziehungsweise Periodendauer pro gewählter Zeiteinheit. Die Einheit wird in Hertz angegeben.

In Deutschland ist eine Frequenz von 50 Hz üblich, was 50 vollständigen Sinuswellen pro Sekunde entspricht. Die Periodendauer beträgt 20 Millisekunden.

Im ohmschen Netz folgen Strom und Spannung demselben Sinus und es gibt keine so genannte Phasenverschiebung. In reinen ohmschen Netzen sind somit Strom und Spannung in Phase.

Die Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom (P = U × I) und somit immer positiv. Während der Spannungs- und Stromverlauf aus einer positiven und einer negativen Halbwelle besteht, ist die Leistung immer positiv, besteht also aus zwei positiven Halbwellen.

Induktive und kapazitive Netze

Induktive Netze entstehen durch Spulen. Als Eselsbrücke lernt man heute schon in der Berufsausbildung, dass „bei Induktivitäten, die Ströme sich verspäten“. Dieses Hinterherhinken des Stromes wird durch die Selbstinduktion in der Spule erzeugt, die eine Gegenspannung aufbaut und somit den Strom erst allmählich ansteigen lässt. Im normalen Wohnhaus und in Büro- oder Industriegebäuden findet man in der Regel induktive Netze vor.

Kapazitive Netze entstehen durch Kondensatoren. Im Aufladevorgang lässt der Kondensator einen Strom fließen, der ebenfalls eine Gegenspannung aufbaut, jedoch mit dem Unterschied, dass dann der Stromfluss unterbrochen wird. Bei Wechselstrom fließt durch das ständige Umladen der metallischen Platten auch ständig Strom, welcher dann eine phasenverschobene Spannung bewirkt.

Durch die getakteten Netzteile in der IT-Hardware findet man in Rechenzentren heutzutage kapazitive Netze vor. Diese können insbesondere für ältere USV-Anlagen (USV = Unterbrechungsfreie Stromversorgung) ein Problem darstellen, da ältere USV-Anlagen nur für induktive Netze dimensioniert wurden.

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