Strom

Wechselstrom

Wechselstrom

Wechselstrom (AC) ist eine Art elektrischer Strom, der sich durch zeitliche Änderung der Intensität oder Richtung in regelmäßigen Abständen auszeichnet.

Die Spannung variiert zyklisch zwischen dem Maximal- und Minimalwert, der Wert der Spannung ist die halbe Zeit positiv (positive Halbwelle oder halbe positive Periode) und die andere Hälfte negativ. Dies bedeutet, dass die Hälfte der Zeit der Strom in die eine Richtung fließt, die andere Hälfte in die andere Richtung. Die häufigste Form der Welligkeit folgt einer sinusförmigen trigonometrischen Funktion, da sie die effizienteste und praktischste Art ist, elektrische Energie mit Hilfe von Lichtmaschinen zu erzeugen. Es gibt jedoch bestimmte Anwendungen, bei denen andere Wellenformen verwendet werden, beispielsweise die Rechteckwelle oder die Dreieckwelle.

Bei Photovoltaik-Solaranlagen ist es üblich, einen Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler zu verwenden, damit die erzeugte Energie in das Netz eingespeist werden kann.

Wechselstromfrequenzen

Die Frequenz der elektrischen Anlage variiert je nach Land und manchmal auch innerhalb eines Landes. Der meiste Strom wird mit 50 oder 60 Hertz erzeugt. Einige Länder haben eine Mischung aus 50-Hz- und 60-Hz-Versorgung, insbesondere die Übertragung von elektrischem Strom in Japan. Eine niedrige Frequenz erleichtert die Konstruktion von Elektromotoren, insbesondere für Hebe-, Zerkleinerungs- und Rollanwendungen, und von Kommutatortraktionsmotoren für Anwendungen wie Eisenbahnen.

Die niedrige Frequenz verursacht jedoch auch ein merkliches Flackern in den Bogenlampen und Glühlampen. Die Verwendung niedrigerer Frequenzen bot auch den Vorteil niedrigerer Impedanzverluste, die proportional zur Frequenz sind.

Auswirkungen hoher Frequenzen auf Wechselströme

Ein Gleichstrom fließt gleichmäßig durch den Querschnitt eines gleichmäßigen Kabels. Bei einem Wechselstrom beliebiger Frequenz wird die elektrische Ladung von der Mitte des Kabels zu seiner Außenfläche gedrückt. Dies liegt daran, dass die Beschleunigung einer elektrischen Ladung in einem Wechselstrom elektromagnetische Strahlungswellen erzeugt, die die Ausbreitung von Elektrizität zum Zentrum von Materialien mit hoher Leitfähigkeit aufheben. Dieses Phänomen wird als Filmeffekt bezeichnet.

Bei sehr hohen Frequenzen fließt der Strom nicht mehr im Kabel, sondern tatsächlich auf der Oberfläche des Kabels in einer Dicke mit geringer Tiefe der Kruste. Die Tiefe der Kruste ist die Dicke, bei der sich die Stromdichte um 63% verringert. Selbst bei relativ niedrigen Frequenzen, die zur Leistungsübertragung verwendet werden (50 Hz - 60 Hz), tritt eine ungleichmäßige Stromverteilung in ausreichend dicken Leitern auf.

Beispielsweise beträgt die Filmtiefe eines Kupferleiters ungefähr 8,57 mm bei 60 Hz, so dass Hochstromleiter im Allgemeinen hohl sind, um ihre Masse und Kosten zu reduzieren. Da der Strom dazu neigt, am Umfang der Leiter zu fließen, wird der effektive Querschnitt des Leiters verringert. Dies erhöht den effektiven Wechselstromwiderstand des Leiters, da der Widerstand umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche ist. Der Wechselstromwiderstand ist häufig um ein Vielfaches größer als der Gleichstromwiderstand, was einen viel größeren Energieverlust aufgrund der ohmschen Erwärmung verursacht.

Stromverteilung durch Wechselstrom

In Europa wird Elektrizität in Form eines sinusförmigen Wechselstroms mit einer konstanten Frequenz von 50 Hz verteilt.

Die Verwendung von Wechselstrom ist aus folgenden Gründen konsekutiv:

  • Der Transport (insbesondere über große Entfernungen) hoher elektrischer Leistungen ist sehr effizient, wenn er mit hohen Spannungen durchgeführt wird, wobei letztere mit dem Einsatz von Transformatoren ziemlich leicht erreicht werden können.
  • Lichtmaschinen sind konstruktiv einfacher und effizienter als Dynamos.
  • Im Gleichstrom können die Vorteile eines Drehstromnetzes nicht ausgeschöpft werden: Nahezu alle Unterhaltungselektronik-Geräte arbeiten im Gleichstrom, dies kann jedoch durch Wechselstrom mit einem einfachen Gleichrichter erreicht werden.

Andererseits ist es möglich, elektrischen Wechselstrom aus dem Gleichstrom zu gewinnen, der mit Hilfe von Wechselrichtern in geeigneten Parametern für Frequenz, Wellenform und Spannung erzeugt wird.

Geschichte des Wechselstroms

DC, die den Vorteil der Lage bietet in Batterien in industriellen Quellen des Stromverbrauches im neunzehnten Jahrhundert verwendet gespeichert werden, aber mit dem Aufkommen von Wechselstrom durch Wissenschaftler Nikola Tesla der Welt revolutionierte neu Die Effizienz dieser neuen Art von Energie, die durch eine Erhöhung der Spannung drastisch Energieverluste über lange Strecken reduziert. Dieses Merkmal erlaubte die hohe Sendeleistung von Hochspannung und -strom Dissipationsverluste drastisch die Leitung tief und dann Dicke des zum Transport verwendeten Leiters Reduzierung, im Vergleich zu dem aktuell Edison.

Der Wechselstrom wurde dank der Verwendung des Transformators erweitert, der es ermöglicht, die Potentialdifferenz (Spannung) auf sehr hohe Pegel (Hochspannung) und entsprechend den Strom auf sehr niedrige Werte zu bringen, wodurch die Leistung unverändert bleibt und dann auf eine große übertragen wird Entfernungen und geringe Verluste, wodurch erhebliche Größenvorteile erzielt werden.

Außerdem sind Wechselstrommotoren zuverlässiger und effizienter als Gleichstrommotoren.

Gegenwärtig wird Wechselstrom auf der Welt in zwei Frequenzen verteilt, 50 Hz (Europa, Asien, Afrika) und 60 Hz (Amerika, Teil Japans) und mit unterschiedlichen Spannungen (siehe elektrische Normen in der Welt).

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Geändert am: 17. Mai 2019