Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

76 Versorgung mit elektrischer Energie 16 Drehstrom (three-phase AC) A1 Wiederhole die Summensätze der Winkelfunktio- nen! In den Generatoren der Kraftwerke werden Wechsel- ströme mit mehreren TausendVolt Spannung erzeugt. Ein Abgreifen der Spannung mit Hilfe von Schleifrin- gen ist hier nicht mehr technisch durchführbar. Die Schleifringe würden durch die andauernde Funkenbil- dung verschmoren. Man hat dieses Problem so gelöst, dass die felderzeugenden Spulen am Rotor des Gene- rators angebracht werden und die Induktionsspulen im Gehäuse fest sitzen (Stator). Die Versorgung der felderzeugenden Spulen im Rotor kann problemlos durch einen auf der gleichen Welle laufenden kleinen Generator erfolgen, wodurch Schleifkontakte unnötig werden (Hilfserreger). Wenn man mehrere Induktionsspulen im Stator an­ bringt, kann ein Generator gleichzeitig mehrere Lei- tungen mit Strom versorgen. Der Drehstromgenerator Technisch verwirklicht und häufig im Einsatz sind so- genannte Drehstromgeneratoren. Sie enthalten drei verschiedene Induktionsspulen, die zueinander einen Winkel von 120° einnehmen (siehe Abb. 76.1). 16.2 16.2.1 Dementsprechend weisen die induzierten Spannun- gen u 1 , u 2 , u 3 eine Phasenverschiebung von je 120° zueinander auf. Die drei vom Generator wegführenden Leitungen nennt man die drei Außenleiter oder die drei Phasen L1, L2, L3 des Drehstroms. u 1 = U m · sin ( ~ · t ) 2 4 sin sin u U t u U t 3 3 m m 2 3 $ $ $ $ r r ~ ~ = - = - ` ` j j u 1 , u 2 , u 3 … Spannung der Phase L1, L2, L3 U m … maximale Spannung, die in einer Indukti- onsspule des Generators induziert wird ~ … Kreisfrequenz Durch Anwendung der Summensätze derWinkelfunk- tionen lässt sich zeigen: A2 Rechne nach! Die drei Phasen des Drehstroms versorgen verschie- dene Verbraucher mit elektrischer Energie. Sofern die dabei auftretenden Ströme gleich groß sind, und die Verbraucher das Netz nicht durch Phasenverschie- bungen (verursacht durch kapazitive oder induktive Widerstän- de) zu stark„verunrei- nigen“, ergänzen sich auch die Ströme der drei Phasen zu null. Versuch Funkenbildung Eine Spule (zB 600 Windungen) mit Eisenkern und Joch wird an einen Akkumulator angeschlossen. Wenn man nun ein Kabel aus der Elektrode des Akkus zieht, dann entsteht ein deutlich sichtbarer Funke, obwohl die Spannungsquelle nur einige Volt liefert. S N u 1 u 3 u 2 Außenleiter L2 Außenleiter L1 Außenleiter L3 Neutralleiter N Generator Induktionsspule Abb. 76.1 Der Drehstromgenerator versorgt über 3 Induk­ tionsspulen drei Leitungen (Außenleiter L1, L2, L3) mit Strom. Die gemeinsame Rückleitung heißt Neutralleiter N. Spannung u u 1 u 2 u 3 Die Phasenspannungen sind um 120° gegeneinander verschoben. · t  2 3 π 4 3 π Abb. 76.2 u 1 , u 2 , u 3 sind jeweils um 120° gegeneinander pha- senverschoben. Die Summe der drei Spannungen der Außenleiter (Phasen) L1, L2 und L3 ist immer null. u 1 + u 2 + u 3 = 0 Summe der drei Spannungen der Außenleiter Abb. 76.3 Drehstromgenerator Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv