Phasenverschiebung?

Irgendwie kommt da ganz viel durcheinander. Ich glaube da verstehst du etwas ganz ganz falsch.

Was ist eine Phasenverschiebung?

Erstmal müssen wir den Begriff "Phase" klären. Nehmen wir als Beispiel zunächst die Spannung die wir an der Steckdose messen können. Es handelt sich dabei um eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 50Hz und einer effektiv Nennspannung von 230V gegen N.

Das heißt wir haben es mit einem einem Spannungsverlauf zu tun wo sich die höhe und die Polarität also der Betrag der Spannung und die Polarität der Spannung periodisch wechseln. Deshalb spricht man hier auf physikalisch von einer "Schwingung" Denn die physikalische Definition einer Schwingung ist ja die, dass es sich um eine periodische Änderung einer physikalische Größe ist und genau das haben wir in diesem Fall, hier ist es die elektrische Spannung als physikalische Größe die sich periodisch ändert.

Wir tragen dies in einem Diagramm U/t ab:

wir erkennen, dass sich die Spannung periodisch "sinusförmig" ändert. das heißt es ist nicht nur so, das + und - periodisch den platz tauschen sondern auch der Betrag sich auch von der höhe her periodisch verändert. Also es ist keine "Sprunghafte" Änderung.

Was bedeutet nun effektiv? naja dieser Funktionsverlauf der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit wird "Sinusfunktion" genannt und gehört mathematisch zu den "trigonometrischen Funktionen" und hier gibt es eben ein paar Größen wie z.b. die "Amplitude" Damit ist der maximale Ausschlag des Sinus gemeint, also der höchste Punkt, mathematisch auch als "Extremstelle der Funktion" bekannt.

Die Frage bei dem "Effektivwert" ist nun: " wie groß muss eine Gleichspannung sein, sodass nach gleicher Zeit die gleiche Arbeit verrichtet wird. Arbeit pro Zeit... das ist Leistung. Es gilt:

P=U^2/R

wir müssen also die Sinuskurve quadrieren. Das heißt jeden Punkt auf der Sinuskurve mit sich selbst multiplizieren. Dann erhalten wir folgende Funktion:

wir haben also zum einen den Betrag quadriert und wir haben die negative Halbwelle positiv. Warum? Naja beim Quadrieren multiplizieren wir eine Zahl mit sich selbst und -*-=+ so wird die negative Halbwelle positiv.

jetzt rechnen wir mithilfe eines Integrals den Flächeninhalt der Kurve über eine Periode aus wobei wir nur den Flächeninhalt der halben Periode brauchen und dann können wir ja mit 2 Multiplizieren, da wir bei einer Periode diesen 2 mal haben. ziehen wir aus dem Ergebnis die Wurzel so erhalten wir den Betrag, in diesem Fall 230V und das bedeutet, wenn wir am gleichen Widerstand eine Gleichspannung mit 230V anlegen, dann wird in gleicher Zeit die gleiche Arbeit verrichtet wie bei dieser Sinusspannung.

Rechnen wir das Integral aus, so bleibt der Faktor Wurzel 2 übrig. Das heißt die effektiv Spannung ist gleich die Amplitude geteilt durch Wurzel von 2.

Jetzt können wir uns so eine Sinusspannung nehmen und diese Spannung mit einer anderen Spannung vergleichen z.b. die Spannung mit L1 gegen N vergleichen wir mit der Spannung von L2 gegen N. und wir erkennen im direkten vergleich, dass die Amplituden nicht zur gleichen Zeit gleich groß ist die Spannungen sind um 120° verschoben. Die Sinusspannung selber also die Funktion bzw der Punkt der sich auf dieser Kurve befindet wird "Phase" genannt. Die Phasenlage gibt also sozusagen die Amplitude zum Zeitpunkt t an.

und wenn wir nun die Spannungen vergleichen sehen wir, dass jeder Punkt der einen Funktion gegenüber eines jeden Punktes der anderen Funktion um 120° verschoben ist. und L3 gegen N gemessen weißt genau das selbe auf. Alle 3 Außenleiter sind also um 120° gegeneinander verschoben:

wann fließt ein Strom? naja. Wenn der Stromkreis geschlossen ist und zwischen 2 Punkten einer Spannungsquelle ein elektrischer Potentialunterschied vorliegt also wir auf einer Seite mehr Ladungen haben als auf der anderen Seite um es ganz plump auszudrücken, natürlich gehört da wesentlich mehr zu aber es reicht für eine einfache Erklärung.

Wenn wir uns nun die Phasenlage zwischen L1 und L2 anschauen jewails gegen N, dann fällt uns auf, dass es zwischen den Punkten L1 und L2 immer einen "Potentialunterschied" gibt. Die Punkte sind ja alle um 120° verschoben, das heißt die Werte sind nie gleich. und wir sehen auch das der Unterschied auch über die 0 Linie hinaus geht, L1 gegen L2 gemessen kommen wir daher z.b. nicht auf 230V sondern auf sogar 400V effektiv.

Jetzt erklärt sich auch der Begriff "Drehstrom" denn wenn L1, L2 und L3 alle um 120° Phasenverschoben sind, dann haben wir 3*120°=360° und 360° ist ein Kreis.

Nun kann man die "Phasen" L1, L2 und L3 unterschiedlich belasten aber es gibt eine besondere Art sie zu belasten bei der man von einer "symmetrischen Belastung" spricht. Das heißt L1, L2 und L3 sind gleich stark belastet bei allen 3 ziehen wir den gleichen Strom und im Falle einer symmetrischen Belastung brauchen wir dann auch theoretisch auch keinen N, da die Ströme nur zwischen L1, L2 und L3 fließt aber nicht zwischen L1, L2 oder L3 und N.

Es kann aber auch so sein, dass ein gemeinsamer N existiert aber das Gerät nur deshalb 3 Außenleiter braucht um die Leistung also den Strom auf die 3 Adern aufzuteilen. Das ermöglicht eine gleichmäßigere Belastung bei kleinerem Querschnitt. wir könnten z.b. 3*16A aufnehmen dann hätten wir:

P=3*U*I=3*230V*16A=11,04kW

oder

P=√(3)*400V*16A≈11kW

Bei nur einer Ader würde es bedeuten, dass wir unser Kabel für 47A also knapp 50A auslegen müssten und dann währen unsere Kabel auch entsprechend Dick. so kann man sich diese Arbeit sparen. Geräte die nach der Logik Arbeiten wie ein E-Herd mit Backofen, die benötigen für den Betrieb auch den Neutralleiter.

Wir lernen also. Die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen ist nicht vom Gerät abhängig.

Dennoch gibt es Geräte wo man von einer "Phasenverschiebung" spricht aber hier spricht man von der Phasenverschiebung zwischen den Sinusfömrigen Verläufen von Spannung und Strom.

Das bedeutet die Spannung könnte früher oder später (Je nach dem) sein als der Strom, das führt zu der Aufnahme von der sogenannten "Blindleistung" und der Widerstand dieser Geräte setzt sich zusammen aus einen "Wirkanteil" und einen "Blindanteil" das seltsame ist nämlich, dass der Blindanteil keine Energie umsetzt. Ein normaler Widerstand wird normaler weiße Warm wenn ein Strom durch ihn fließt, das heißt an ihm wird Arbeit umgewandelt aber das ist beim Blindanteil nicht der Fall, beim Blindanteil wird die Energie nur wieder zurück an den Erzeuger abgegeben. Das heißt die Energie schwingt zwischen Verbraucher und Erzeuger und erzeugt dabei zusätzliche Verluste auf der Versorgungsleitung (Auch Kabel werden warm) und das führt wiederum dazu, dass Querschnitte größer werden müssen etc.

Diese Belastung ist also total unnötig und aus diesem Grund wird auch vom Betreiber vorgeschrieben diese "Blindleistung" zu kompensieren. Durch das kompensieren wird der Blindanteil verkleinert. Wirk und Blindanteil zusammen bilden wiederum die "Impedanz" der Schaltung. Die "Impedanz" ist eine komplexe Größe, sie besitzt nicht nur einen Widerstandswert in Ohm sondern auch einen Winkel also eine Richtung. Die Art und Weise wie man damit rechnet wird "komplexe Wechselstromrechnung" genannt.

Diese Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom ist natürlich vom Verbraucher abhängig.

Du brauchst eigendlich (fast) immer einen Neutralleiter, wenn du Verbraucher im Dreieck hast.

Hast du Verbraucher mit unterschiedlichen Lasten auf den Phasen. also ganz klassisch das Verteilernetz in einem Haus. ist der Neutralleiter unablässlich! hättest du z.B auf L1 die Lampe im Klo (4 Watt) und auf L2 einen Wasserkocher (2000 Watt) würde sich ohne Neutralleiter die gesamte Spannung von 400 Volt in der Lampe im Klo sammeln, da sie ja den wesentlich größeren Widerstand bildet.

Nehmen wir einen 4,5 kW Nachtspeicher mit drei gleichen Heizwendeln zu je 1500 Watt als Beispiel. hier würde, wenn eine der Phasen ausfiele, so etwas schreckliches nicht geschehen. Allerdings würde sich hier, wenn eines der Elemente ausfilele, natürlich ebenfalls eine Reihenschaltung ergeben. sagen wir L2 fällt aus. dann würde von L1 über das eine Heizelenent zum Sternpunkt über das andere Heizelement nach L3 eine Reihenschaltung entstehen. jedes der beiden verbliebdenen Heizelemente würde dann, weil gleich, auf einer Spannung von 200 Volt laufen.

So ein 1500 Watt Heizelement, vorgesheen für die Betriebsspannung von 230 volt hat einen Widerstand von etwa 35¼ Ohm. das kann man anhand des betriebsstromes von etwa 6,5 Ampere ausrechnen.

wir rechnen also I = P / U und dann R = U / I

die Kette aus den zwei verbleibenden Heizelementen hat also einen Widerstand von etwa 70½ Ohm. betrieben an 400 VOlt (Phase -> Phase) würde das also bedeuten, dass der Betriebstrom nur noch ca. 5,7 Ampere beträgt. das sind dann mal der Spannung von 400 volt nur noch rund 2300 Watt insgesamt.

Wäre der Neutralleiter vorhanden, hätten wir immerhin noch 3000 Watt zur verfügung.

bei einem Drehstrommotor würde uns das nicht helfen, da er so oder so unrund läuft wenn eine phase fehlt. fehlen 2 würde der motor versuchen, auf einer weiter zu laufen.

daher ist es sogar im sinne der betriebssicherheit bei einem fehler, stehts sinnvoller, den drehstrommmotor als einzige last, die im dreieck betrieben wird, mit einem fliegenden sternpunkt, also ohne neutralleiter zu betrieben.

lasten die im dreick angeschlossen sind. z.B. Drehstrommotore mit der spannungsangabe "400/690 V" durchlauferhitzer oder 2kW Flutlichter brauchen natürlich generell keinen neutralleiter, wo will man ihn auch anschließen.

lg, ANna

Warum will das einfach nicht in Deinen Schädel rein dass Du endlich mal damit rausrückst was Du da treibst? Ständig kommen zusammenhanglose Fragen über irgendwas! Das macht doch keinen Sinn...

Bist Du gerade bei Berufsschul- Hausaufgaben, willst Du Dich mit Elektronik befassen und wenn ja, mit was willst Du beginnen?

Deine Frage ist so nicht so einfach zu beantworten und solange Du nicht langsam mal rausrückt, was da genau bei Dir los ist wird es wenig bringen, viel Zeit rein zu stecken bei Erklärungsversuchen zur Wechselstromtechnik... zumal Du hier jetzt schon mit Äpfeln und Birnen ankommst! Also: Was ist jetzt genau das Ding???

Du fragst Dinge, die sind so wirr, dass man gar nicht weiß, wo mit irgendeiner Erklärung anfangen.

Ich bin im 2 Lehjahr Elektroniker für Energie und Gebäude Technik. 

Dann solltest du aber über die 3 Phasen, Nullleiter und Schutzleiter alles wissen. Deshalb glaube ich dir einfach nicht.

ich weiß das wenn es keine phasenverschiebung gibt sich die Spannungen aufheben und man kein Neutralleiter braucht.

Du weißt aber ganz eigenartige Dinge.

Wie weiß man ob das jeweilige Gerät eine phasenverschiebung hat oder nicht?

Na schau doch auf´s Typenschild.

Pkt. 8

Klaus, Industriemeister Elektrotechnik/Elektronik