# data[].attributes.attachment_link.title
ET_Sicherer Umgang mit elektrischem Strom

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Wichtige Inhalte in diesem Video

Was ist Drehstrom und welche Vorteile bringt er mit sich? Das erfährst du im Beitrag und im Video !

Inhaltsübersicht

Was ist Drehstrom?

Der Drehstrom, auch Dreiphasenwechselstrom genannt, ist in der Elektrotechnik ein Wechselstrom mit drei Phasen bzw. stromführenden Leitungen. Dafür befinden sich drei Spulen in einem Abstand von 120° rund um ein sich drehendes Magnetfeld. Dadurch entstehen drei Wechselspannungen , deren Sinuswellen ebenfalls um 120° zeitlich versetzt (phasenverschoben) sind.

Wenn du den zeitlichen Verlauf der drei Phasen (L1, L2, L3) zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Achse betrachtest, siehst du, dass die Summe der drei elektrischen Spannungen an jeder Stelle Null entspricht.

Der Drehstrom ist für die Übertragung von Strom wichtig und wird für große Maschinen in der Industrie benötigt. Bei vielen Geräten im Haushalt reicht eine einphasige Netzspannung vollkommen aus.

Dreiphasensystem

Ein Dreiphasensystem beschreibt einfach gesagt, den Gebrauch des Drehstroms in einer bestimmten Umgebung. Es begegnen dir viele verschiedene Bezeichnungen. Die wichtigsten Begriffe für dich sind:

Spulen/Stränge: Das sind elektrische Leiter, die zu einer oder mehrerer Windungen geformt sind. Den Anfang der Stränge kürzt du mit U1, V1 und W1 ab, das Ende der Stränge mit U2, V2 und W2.

Außenleiter: Das sind die stromführenden Leiter L1, L2 und L3, die nach außen gehen.

Neutralleiter: Das ist ein Leiter N, der in der Lage ist, elektrische Energie zu verteilen.

verkettete Spannung: Das ist die Spannung zwischen zwei beliebigen Außenleitern.

Sternspannung/Strangspannung: Das ist die Spannung zwischen Neutralleiter und beliebigem Außenleiter.

Effektivwert : Das ist der Wert der Spannungen in Volt (verkettete Spannung oder Sternspannung).

Verkettungsfaktor: Das ist das Verhältnis, über das die Effektivwerte der einzelnen Spannungen in Bezug stehen. Er hat den Wert .

Bei Niederspannungsnetzen in Europa beträgt die üblicherweise verwendete Sternspannung 230 Volt. Dadurch ergibt sich dann eine verkettete Spannung bzw. Leistung von 400 Volt:

Du bist gerade auf der Suche nach einem dualen Studium oder Ausbildungsplatz? Wir von Studyflix helfen dir weiter. Im Studyflix Ausbildungsportal warten über 30.000 freie Plätze auf dich. Schau doch mal vorbei.

Du willst wissen, wofür du das Thema Drehstrom lernst? Über das Studyflix Jobportal kannst du dich auf die Suche nach Praxiserfahrung begeben. Hier warten über 30.000 Praktika, Werkstudentenstellen, Einstiegsjobs und auch Abschlussarbeiten auf dich. Schau doch mal vorbei.

Aufbau eines Dreiphasengenerators

Der Aufbau kennzeichnet sich durch drei Spulen , die mechanisch um 120° versetzt zueinander angeordnet sind. In der Mitte befindet sich ein rotierender Dauer magnet . Die drei Spulenenden werden als die Außenleiter L1, L2 und L3 nach außen geführt.

Der drehende Magnet erzeugt in den Spulen durch Induktion eine Spannung, die dann in einem Dreiphasensystem mit den Außenleiterspannungen UL1, UL2 und UL3 zusammenläuft.

Zeitlicher Verlauf

Weil die drei Spulen versetzt angeordnet sind, entstehen auch drei zeitlich ebenso versetzte Wechselspannungen U1, U2 und U3. Sie schwingen als Sinuswellen im Abstand von 120° phasenverschoben.

Die Summe der Wechselspannungen ergeben, zu einem beliebigen Zeitpunkt, bei gleicher Belastung immer Null. Aus diesem Grund kannst du die Spulen zusammenschalten. Aber nur, wenn jede einzelne Phase die exakt gleiche Last durch einen Verbraucher haben.

Sternschaltung und Dreieckschaltung

Du kannst zwei wichtige Verkettungsschaltungen unterscheiden: die Sternschaltung und die Dreieckschaltung. Die Sternschaltung ist über einen Mittelpunkt mit einem Neutralleiter zusammengeschaltet. Die Dreieckschaltung besitzt keinen Neutralleiter.

Sternschaltung

Bei der Sternschaltung sind die Strangenden U ₂, V ₂ und W ₂ im Neutralleiter N zusammengefasst. Vom Anfang der Stränge U ₁, V ₁ und W ₁ verlaufen die Außenleiter L1, L2 und L3 zum Verbraucher. Genauso verläuft auch der Neutralleiter N vom Mittelpunkt zum Verbraucher.

Die Strangspannung U ST berechnest du mit der Spannung U geteilt durch den Verkettungsfaktor. Die Strangstromstärke I ST entspricht der Stromstärke I:

Dreieckschaltung

Bei der Dreieckschaltung gibt es keinen Neutralleiter N. Der Stranganfang einer Spule ist mit dem Strangende einer anderen Spule verbunden. So sind alle Spulen hintereinander geschaltet. Von den einzelnen Verbindungsstellen verlaufen die Außenleiter L1, L2 und L3 zum Verbraucher.

Die Strangspannung U ST ist gleich der Spannung U und die Stromstärke I ST berechnest du mit der Stromstärke geteilt durch den Verkettungsfaktor:

Du möchtest mehr über die beiden Verschaltungsarten elektrischer Bauelemente wissen? Dann schau dir unbedingt unser Video dazu an!

Drehstrom Anwendung

Für viele Geräte im Haushalt ist eine Netzspannung von 230 Volt (einphasig) absolut ausreichend. In der Industrie sieht das aber oft anders aus. Dort wird für die großen Maschinen und Anlagen mehr Leistung bei der Übertragung elektrischer Energie benötigt. Daher werden hier anstelle von einer drei Spulen zur Stromerzeugung genutzt.

Da 3-Phasen-Strom hauptsächlich zur Versorgung von großen Elektromotoren genutzt wird, kannst du ihn umgangssprachlich auch als Starkstrom bezeichnen.

Das Dreiphasensystem wird somit vorwiegend für den Transport und die Verteilung von elektrischer Energie eingesetzt. Als Beispiele kannst du dir überregionale Hochspannungsnetze, lokale Niederspannungsnetze oder Drehstrommaschinen vorstellen. Solche Drehstrommaschinen werden beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder als Antrieb von Aufzügen genutzt.
Vorteile des Drehstroms

Bei der Zusammenschaltung der 3 Phasen bzw. Spulen werden nur 3 oder 4 Leitungen benötigt. Im Gegensatz dazu würde ein Wechselstrom mit 3 Strängen mindestens 6 Leitungen benötigen.

Mit der Sternschaltung verfügst du über zwei verschiedene Spannungswerte.

Die Drehstrommotoren können einfach gebaut werden.

Drehstrommotor

Als Drehstrommotor bezeichnest du einen Elektromotor, der mit Dreiphasenwechselstrom bzw. Drehstrom betrieben wird. Doch wie ist er aufgebaut und wie funktioniert er? Das erfährst du im Video . Bis gleich!

Beliebte Inhalte aus dem Bereich Elektrotechnik Grundlagen

# data[].attributes.attachment_link.title
Drehstrom * einfach erklärt, Verschaltung, Anwendung

# data[].attributes.attachment_link.description
Wichtige Inhalte in diesem Video Was ist Drehstrom und welche Vorteile bringt er mit sich? Das erfährst du im Beitrag und im Video ! Inhaltsübersicht Der Drehstrom, auch Dreiphasenwechselstrom genannt, ist in der Elektrotechnik ein Wechselstrom mit drei Phasen bzw. stromführenden Leitungen. Dafür befinden sich drei Spulen in einem Abstand von 120° rund um ein sich drehendes Magnetfeld.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Transformator berechnen

In Folgendem schauen wir uns die wichtigsten Eigenschaften eines Transformators in einer Beispielaufgabe an.

direkt ins Video springen

Es wird ein Transformator benötigt, um die 230 V Spannung des Stromnetzes in 12 V umzuwandeln. Bekannt ist die Anzahl der Primärwicklungen N P= 40. Das bedeutet also:

1. Zunächst soll die Anzahl der Sekundärwicklungen N S berechnet werden.

2. Anschließend ist der Primär- und Sekundärstrom gesucht, wenn das an den Transformator angeschlossene Gerät eine Leistung P S von 150 W besitzt.

1.) Anzahl der Sekundärwicklungen
Für die Berechnung der Sekundärwicklungen bietet es sich in diesem Fall an, den Zusammenhang zwischen Wicklungsanzahl und Spannung zu nutzen:

Da in diesem Fall die Anzahl der Sekundärwicklungen unbekannt ist, muss nach N S umgestellt werden. Dafür multiplizierst du die Gleichung auf beiden Seiten mit N P. Für N S ergibt sich demnach:

Wenn du nun noch die Werte aus der Aufgabenstellung einsetzt, ergibt sich für die Anzahl der Sekundärwicklungen:
2.) Primär- und Sekundärstrom
Beim zweiten Teil der Aufgabe müssen Primär- und Sekundärstrom, also I P und I S, ermittelt werden. Zuerst kann der Sekundärstrom über die elektrische Leistung berechnet werden, es gilt:

Die Gleichung wird anschließend nach I S umgestellt, indem beide Seiten mit U S dividiert werden.

Mit den Werten aus der Aufgabenstellung ergibt sich der Sekundärstrom zu:

Schließlich kannst du den Zusammenhang der Wicklungsanzahl und der Ströme nutzen, um den Primärstrom zu bestimmen.

Dafür wird die Gleichung zunächst nach I P umgestellt und anschließend die Werte für die Windungszahlen und den Primärstrom eingesetzt.

# data[].attributes.attachment_link.title
Transformator * Aufbau, Funktionsweise, Formeln

# data[].attributes.attachment_link.description
Trasformator Bestandteile ✅ Anwendungen ✅ Berechnungen ✅ mit Beispiel und kostenlosem Video

# data[].attributes.attachment_link.authors[].name
Elektrotechnik fürs Studium by "Elektro-Nik"

# data[].attributes.body
Ein Trenntransformator, oft auch als Trenntrafo bezeichnet, ist ein spezieller Transformator, der primär der galvanischen Trennung dient. Das bedeutet, dass der Stromkreis auf der Eingangsseite (Primärseite) elektrisch vollständig vom Stromkreis auf der Ausgangsseite (Sekundärseite) isoliert ist.

Hier sind die wichtigsten Aspekte eines Trenntrafos:

Galvanische Trennung:

Der Hauptzweck eines Trenntrafos ist die Schaffung einer sicheren elektrischen Umgebung. Dies wird durch die vollständige elektrische Trennung der Stromkreise erreicht.

Es gibt keine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Eingang und dem Ausgang. Die Energieübertragung erfolgt ausschließlich über das magnetische Feld.

Funktionsweise:

Wie ein herkömmlicher Transformator arbeitet ein Trenntrafo nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion.

Das Wechselstrommagnetfeld der Primärspule induziert eine Spannung in der Sekundärspule.

Im Idealfall hat ein Trenntrafo ein Übersetzungsverhältnis von 1:1, was bedeutet, dass die Ausgangsspannung der Eingangsspannung entspricht.

Anwendungen:

Erhöhung der Sicherheit: Trenntrafos werden eingesetzt, um das Risiko von Stromschlägen zu minimieren, insbesondere in Umgebungen, in denen mit elektrischen Geräten gearbeitet wird.

Mess- und Prüftechnik: Sie werden verwendet, um empfindliche Messgeräte vor Störungen zu schützen.

Medizintechnik: In medizinischen Einrichtungen dienen Trenntrafos dazu, die Patientensicherheit zu gewährleisten.

Baustellen: Dort werden diese oft genutzt um die Sicherheit zu gewährleisten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Trenntrafo ein unverzichtbares Sicherheitselement in vielen elektrischen Anwendungen darstellt.

# data[].attributes.body
Lass uns diese Sicherung mal genauer unter die Lupe nehmen! "Feinsicherung L250V T500" beschreibt eine spezielle Art von Sicherung mit folgenden Eigenschaften:

Feinsicherung:

Diese Sicherungen sind kleine, präzise Schutzeinrichtungen, die oft in elektronischen Geräten verwendet werden. Sie sind dafür ausgelegt, empfindliche Schaltkreise vor Überströmen zu schützen.

L250V:

"L" deutet darauf hin, dass diese Sicherung für den Schutz von Leitungen ausgelegt ist.

"250V" gibt die maximale Spannung an, für die die Sicherung zugelassen ist. Das bedeutet, dass sie in Stromkreisen mit Spannungen bis zu 250 Volt sicher eingesetzt werden kann.

T500:

"T" bedeutet, dass es sich um eine "träge" Sicherung handelt. Das heißt, sie reagiert nicht sofort auf einen kurzzeitigen Überstrom, sondern erst nach einer gewissen Zeit. Das ist nützlich, um kurzzeitige Stromspitzen zu tolerieren, wie sie beispielsweise beim Einschalten von Geräten auftreten können.

"500" bezieht sich auf den Nennstrom der Sicherung, der in diesem Fall 500 Milliampere (mA) beträgt. Das bedeutet, dass die Sicherung den Stromkreis unterbricht, wenn der Strom 500 mA überschreitet und für längere Zeit anhält.

Zusammengefasst:

Diese Feinsicherung ist eine träge Sicherung, die für den Einsatz in Stromkreisen bis 250 Volt und mit einem Nennstrom von 500 mA ausgelegt ist. Sie schützt empfindliche Elektronik vor Überlastung, wobei kurzzeitige Stromspitzen toleriert werden.

Wichtige Punkte:

Es ist wichtig, immer Sicherungen mit den korrekten Werten zu verwenden, um die Sicherheit und Funktion der Geräte zu gewährleisten.

Die Bauform der Sicherung, üblicherweise 5x20 mm, ist auch ein wichtiger Faktor, bei der ersetzung der Sicherung.

# data[].attributes.body
Grundprinzip der Induktion:

Die elektromagnetische Induktion ist ein physikalisches Phänomen, bei dem ein wechselndes Magnetfeld in einem elektrischen Leiter eine elektrische Spannung erzeugt.

Einfach ausgedrückt: Wenn sich ein Magnetfeld in der Nähe eines Drahtes oder einer Spule ändert, fließt Strom durch diesen Draht oder diese Spule.

Anwendung in IQOS:

In IQOS-Geräten wird dieses Prinzip genutzt, um die Tabaksticks (HEETS) zu erhitzen, ohne sie zu verbrennen.

Im Inneren des IQOS-Holders befindet sich eine Induktionsspule.

Wenn ein HEET in den Holder eingesetzt wird, befindet er sich in der Nähe dieser Spule.

Durch Anlegen eines Wechselstroms an die Spule entsteht ein wechselndes Magnetfeld.

Dieses Magnetfeld induziert einen Strom im Heiz-Element des HEET-Sticks.

Der elektrische Widerstand im Heizelement führt dazu das der HEET-Stick sich erhitzt.

Vorteile der Induktion bei IQOS:

Präzise Temperaturkontrolle: Induktion ermöglicht eine sehr genaue Steuerung der Temperatur, was wichtig ist, um den Tabak zu erhitzen, ohne ihn zu verbrennen.

Schnelle Erhitzung: Die Induktionsheizung ist sehr effizient und ermöglicht ein schnelles Erhitzen des HEETs.

Keine offene Flamme: Da keine Verbrennung stattfindet, entsteht keine offene Flamme oder Asche.

Zusammengefasst:

IQOS nutzt die elektromagnetische Induktion, um Tabaksticks zu erhitzen.

Eine Induktionsspule erzeugt ein Magnetfeld, das einen Strom im Heiz-Element des HEETs induziert.

Dies führt zu einer präzisen und schnellen Erhitzung des Tabaks, ohne Verbrennung.