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Wechselstromtechnik

Der Begriff Wechselstrom bezieht sich auf einen Vorgang bei der Stromerzeugung. Elektrischer Strom für das öffentliche Netz wird in Drehstrom- beziehungsweise Wechselstromgeneratoren erzeugt. Um zu verstehen, warum von Wechselstrom gesprochen wird, ist es notwendig, den technischen Vorgang in einem Generator aufzuzeigen.

Aufbau eines vierpoligen Wechselstromgenerators

Ein Wechselstromgenerator besteht aus einer in der Mitte rotierenden Rolle oder Trommel, die Rotor genannt wird. Auf diesem Rotor sind Wicklungen aus isoliertem Kupferdraht angebracht und auf der Oberfläche befinden sich Elektromagnete, die abwechselnd mit ihren Polen einmal nach S (S steht für Südpol, was aber in diesem Fall keine geographische Bedeutung besitzt) und einmal nach N (Nordpol) ausgerichtet sind. Der Rotor besitzt eine vierpolige Ausrichtung N-S-N-S.

Der gesamte Rotor wiederum ist von sogenannten Induktionsspulen umgeben, die sehr dicht an den Rotor heranreichen, ihn aber nicht berühren. Er muss frei rotieren können. Wenn nun der Rotor angetrieben wird, vielleicht von einer Wasserdampfturbine oder einem Windrad, erzeugt der Rotor mit seiner Rotation ein Magnetfeld mit einem Gleichstrom. Dieser Gleichstrom wird über das Magnetfeld in die Induktionsspulen geleitet, allerdings wechselt der Strom durch die wechselnde Ausrichtung der Magnete beständig seine Richtung, er wird zum Wechselstrom.

Warum Wechselstrom und nicht Gleichstrom?

Die erste wirtschaftlich genutzte Energie kam aus Batterien und die liefern nur Gleichstrom. Nun besitzt Gleichstrom den Nachteil, dass er sich nicht auf längere Strecken in Kabelleitungen transportieren lässt. Die Spannung fällt sehr schnell ab. Bei den ersten öffentlichen Lampen, die mit Gleichstrom versorgt wurden, mussten immer Batterien vorgeschaltet werden, wobei sich das Netzt dieser Straßenlampen auf wenige hundert Meter beschränkte. Seit Werner Siemens im Jahr 1866 einen wirtschaftlich funktionierenden Generator entwickelte, stand zwar genügend Energie zur Verfügung, diese war aber räumlich begrenzt. Ein öffentliches Stromversorgungsnetz war damit nicht möglich. Erst durch die Erfindung des Zweiphasenwechselstroms und darauf folgend dem Drehstromgenerator durch Nicola Tesla im Jahr 1888 war es möglich, Strom über längere Strecken zu transportieren. Allerdings war für den noch heute im öffentlichen Netz eingesetzten Dreiphasenwechselstrom ein anderer verantwortlich. Michael von Dolivo-Dobrowolski, von polnischen Eltern abstammend, in Russland geboren und mit 20 Jahren nach Deutschland ausgewandert, erfand später als Chefkonstrukteur bei AEG in Darmstadt den Asynchronmotor und verhalf so dem Dreiphasenwechselstrom zur weltweit vorrangigen Technik bei der öffentlichen Stromversorgung.

Heute kombinieren sich Wechselstromtechnik und Gleichstrom. Wechsel- und Drehstrom für eine flächendeckende Versorgung, Gleichstrom für den Betrieb einer Vielzahl von Geräten, die nur wenige Volt benötigen, etwa das Smartphone.

Quizfragen zum Thema

1. Wann fand die erste Fernübertragung von Wechselstrom statt?

   Im Jahr 1891 wurde von einem Kraftwerk am Neckar im Baden-Württembergischen Lauffen über eine 176 Kilometer lange Freileitungsstrecke Dreiphasenwechselstrom nach Frankfurt am Main geleitet.

2. Was ist unter „Mischstrom“ zu verstehen?

   Bei Mischstrom handelt es sich eigentlich um eine Störung bei der Produktion von Gleichstrom, meist aufgrund von Ungenauigkeiten beim Rotorumlauf im Generator.

3. Was war der sogenannte „Stromkrieg“?

   Um das Jahr 1890 herum konkurrierten in den USA George Westinghouse und Thomas Alva Edison darum, ob für die öffentliche Stromversorgung Gleichstrom, von Edison favorisiert, oder Wechselstrom, Westinghouse, besser sei. Letztlich dominierten die Vorteile des Wechselstroms.

4. Wie oft wechselt bei Wechselstrom der Strom die Richtung?

   Der Strom wechselt pro Sekunde 20 Mal die Richtung.

5. Was ist unter Kleinspannung zu verstehen?

   Die Kleinspannung ist ein Bereich der Niederspannung, bei der die Wechselspannung 50 Volt und die Gleichspannung 120 Volt nicht überschreitet. Die Kleinspannung kommt vor allem bei der Stromversorgung von elektrischen Kleingeräten zur Anwendung und wird üblicherweise mittels zum Gerät gehörenden Netzteils von 230 Volt Haushaltsstrom auf die benötigte Gleich- oder Wechselspannung herabgeregelt.

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