28. Okt 2008, 12:41

Wechselspannung nennt man eine elektrische Spannung, deren Polarität beliebig wechselt, deren Gleichspannungsanteil aber im betrachteten Zeitabschnitt null Volt beträgt. Die Kurvenform der Spannung ist dabei unerheblich.

Das Kurzzeichen für Wechselspannung ist die Tilde. 230 V~ ist beispielsweise die Kurzbezeichnung für eine Wechselspannung mit einem Nennwert von 230 Volt. Im angelsächsischen Raum (bzw. wenn die Tilde nicht verwendet werden kann) wird als Kurzzeichen VAC (engl. volts alternating current) verwendet.

Inhaltsverzeichnis 1 Verwendung 2 Kenngrößen 3 Fachliteratur 4 Siehe auch 5 Weblinks

[Bearbeiten] Verwendung

Die aus dem Alltag bekannteste Wechselspannung ist die Netzspannung aus der Steckdose. Die Wechselspannung ist über die allgemeine Form des Ohmschen Gesetzes mit dem Wechselstrom verknüpft, es gelten also besondere Rechenregeln bei Lastwiderständen, die zum Gleichstromwiderstand auch noch einen Wechselstromwiderstand besitzen.

Außer dieser Anwendung zur Stromversorgung wird Wechselspannung auch in der Nachrichtentechnik verwandt. Ein Beispiel hierfür ist das Mikrofon, das eine Wechselspannung erzeugt, die das aufgenommene Schallereignis abbildet. In der elektrischen Signalverarbeitung und Messtechnik tritt sie laufend in vielfältiger Form auf. Wird eine Mischspannung auf eine Wechselspannungskopplung (Z.B. vermittels eines Kondensators oder Transformators) geleitet, so wird nur der Wechselspannungsanteil übertragen.

Eine Wechselspannung setzt also keine symmetrische Kurvenverläufe voraus, sondern lediglich, dass der Gleichspannungsanteil Null ist.

Einige Beispiele von Wechselspannung:

1. Sinus
2. Rechteck
3. Dreieck
4. Rauschen bzw. Audiosignale

Die ersten drei Beispiele stellen Spezialfälle dar, bei denen durch die Symmetrie der Kurvenformen gewährleistet ist, dass der Gleichspannungsanteil null Volt ist.

[Bearbeiten] Kenngrößen

Nennwert (Für den Sonderfall der Netzspannung)

Der Nennwert einer Spannung, wie er beispielsweise auf Typenschildern angegeben wird, entspricht dem Effektivwert. Bedingt durch Verluste in den Zuleitungen des Verteilernetzes ist der Effektivwert jedoch lastabhängig. Durch Fortschritte bei der Drehzahlregelung der Generatoren, den Kernmaterialien der Transformatoren und der Querschnittsdimensionierung der Leitungen wurde die Toleranz der Nennspannung im Laufe der Geschichte mehrmals gesenkt. Bei den Nennspannungen von 220 V +20 %/–10 %, 230 V ±10 % oder 240 V ±5 % handelt es sich daher um das gleiche Versorgungsnetz, dessen Nennspannung geändert wurde, indem die aktuelle Effektivspannung im Toleranzbereich der vertraglich vereinbarten Nennspannung liegt.

Effektivwert

Der Effektivwert U_eff (Genormt ist auch die Schreibweise mit Großbuchstaben für den Effektivwert (engl. root mean square, RMS) und mit Kleinbuchstaben für die Zeitfunktion) entspricht mathematisch der Wurzel des Integrals über dem Quadrat der Spannungs- bzw. Stromfunktion im betrachteten Zeitbereich. Bei der im Haushalt üblichen Wechselspannung von 230 Volt handelt es sich ebenfalls um den Effektivwert. Der Effektivwert entspricht zahlenmäßig jener Gleichspannung, welche die gleiche Leistungsübertragung ermöglichen würde.

Spitzenspannung

Die Spitzenspannung U_s ( bei Sinusspannungen) ist die höchste (unabhängig von der Polarität) erreichbare Spannungshöhe. Man kann bei gegebenem Effektivwert eines definierten Spannungsverlauf berechnen, bei zufälligen Spannungsverläufen (Audio, Rauschen, …) sind aber nur statistische Angaben möglich.

Spitze-Spitze-Spannung

Die Spitze-Spitze-Spannung U_ss ist die Differenz zwischen dem positiven und negativen Spitzenwert der Spannungsfunktion. Bei der sinusförmigen Netzspannung ist es einfach die doppelte Scheitelspannung.

Gleichrichtwert

Der Gleichrichtwert ist der Mittelwert der gleichgerichteten Spannung. Dieser lässt sich am einfachsten messen. Die meisten Messgeräte messen diesen Wert und zeigen ihn mit dem Formfaktor (1,11) multipliziert als "Effektivwert" an.

Crest-Faktor

Der Crest-Faktor, auch Scheitelfaktor genannt, ist das Verhältnis der Spitzenspannung zur Effektivspannung. Mit diesem Faktor kann man die beiden Größen Effektivwert und Spitzenwert umrechnen. Beispielsweise liegt der Crest-Faktor einer sinusförmigen Wechselspannung bei ~1,414 (exakt ). Dies gilt jedoch nur für periodische und genau definierte Spannungsverläufe, bei beliebigen Spannungsverläufen (Messwerte, Rauschen usw.) macht der Crest-Faktor nur statistische Aussagen über eine verlangte Amplitudenwahrscheinlichkeit (z. B. Bei Rauschen mit einer Gauß-Verteilung)

Formfaktor

Der Formfaktor gibt das Verhältnis des Effektivwertes zum Gleichrichtwert an. Bei beliebigen Spannungsverläufen ist der Formfaktor im Gegensatz zum Crest-Faktor ebenfalls eine eindeutige Zahl, wenn das statistische Verhalten definiert ist (z. B. 1,11 für Weißes Rauschen).

[Bearbeiten] Fachliteratur

• Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher: Elektrotechnik Fachbildung Industrieelektronik. 1 Auflage. Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 1998, ISBN 3-14-221730-4
• Prof. Dr. Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18.Auflage, Verlag - Europa - Lehrmittel, 1989, ISBN 3-8085-3018-9
• Prof. Dr.. Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main, 2000, ISBN 3-8171-1628-4

[Bearbeiten] Siehe auch

• Wechselstromgenerator
• Wechselrichter
• Asymmetrierelais

[Bearbeiten] Weblinks

• Siehe: Effektivspannung, Spitzenspannung und Spannung Spitze–Spitze

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