Worum geht es?
Die Frequenz sagt, wie oft pro Sekunde der Wechselstrom hin und her schwingt. Ihr Zeichen ist f, die Einheit Hertz (Hz).
Wie bei einer Schaukel: Zählst du, wie oft sie in einer Sekunde ganz hin und zurück schwingt, hast du die Frequenz. 1 Hz heißt: einmal pro Sekunde.
Unser Stromnetz in Europa hat 50 Hz, also 50 Schwingungen in jeder Sekunde. In Amerika sind es 60 Hz.
Die Formel
Frequenz und Periodendauer T sind zwei Seiten derselben Sache: Je schneller die Schwingung, desto kürzer dauert eine einzelne. Die eine ist der Kehrwert der anderen.
Die Kreisfrequenz ω (omega) brauchst du später für Spulen und Kondensatoren. Ihr Widerstand gegen Wechselstrom hängt von der Frequenz ab: Eine Spule bremst hohe Frequenzen stärker, ein Kondensator lässt sie leichter durch.
| Vorsatz | Wert | Beispiel |
|---|---|---|
| Hz | 1 Hz | Netz 50 Hz, Bahnstrom 16,7 Hz |
| kHz | 1.000 Hz | Induktionskochfeld etwa 20 bis 100 kHz |
| MHz | 1.000.000 Hz | UKW-Radio 87,5 bis 108 MHz |
| GHz | 1.000.000.000 Hz | WLAN 2,4 GHz und 5 GHz |
Warum genau 50 Hz?
Alle großen Generatoren in Europa drehen sich synchron, also im Gleichtakt. Die Frequenz ist deshalb im ganzen Verbundnetz von Portugal bis in die Türkei gleich. Sie verrät, ob gerade genauso viel Strom erzeugt wie verbraucht wird.
Damit die Frequenz stabil bleibt, halten Kraftwerke und Speicher Regelleistung bereit, die innerhalb von Sekunden zu- oder abgeschaltet wird. Auch Uhren in Herden und Radioweckern, die sich nach dem Netz richten, laufen nur deshalb genau, weil die Netzfrequenz im Tagesmittel sehr genau 50 Hz beträgt.
Foto: Julo, „Czestosciomierz-49.9Hz“, Lizenz: gemeinfrei (Public Domain), Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.
Frequenz und Motordrehzahl
Bei Drehstrommotoren bestimmt die Frequenz die Drehzahl des Drehfelds. Die Synchrondrehzahl hängt von der Frequenz und der Polpaarzahl p des Motors ab:
Ein zweipoliger Motor (p = 1) hat an 50 Hz eine Synchrondrehzahl von 3.000 1/min. Ein Asynchronmotor läuft etwas langsamer, zum Beispiel mit 2.730 1/min wie auf dem Typenschild im Thema Leistung. Will man die Drehzahl stufenlos verändern, ändert ein Frequenzumrichter die Frequenz.
Rechenbeispiele
Auf dem Oszilloskop dauert eine volle Schwingung 4 ms. Wie groß ist die Frequenz?
- Millisekunden in Sekunden umrechnen: 4 ms = 0,004 s
- f = 1T = 10,004 s = 250 Hz
- Ergebnis: f = 250 Hz
Ein vierpoliger Motor (p = 2) wird am Frequenzumrichter mit 30 Hz betrieben. Wie groß ist die Synchrondrehzahl?
- ns = 30 Hz · 602 = 900 1/min
- Ergebnis: ns = 900 1/min
Vergleich: Am Netz mit 50 Hz wären es 1.500 1/min. Die Frequenz wurde auf 60 % gesenkt, die Drehzahl sinkt im gleichen Verhältnis.
Typische Fehler
- Millisekunden nicht umgerechnet: 14 = 0,25 ist nicht 250 Hz. Erst 4 ms in 0,004 s umrechnen.
- Frequenz und Drehzahl verwechselt: 50 Hz bedeuten 50 Schwingungen pro Sekunde, nicht 50 Umdrehungen pro Minute.
- Polzahl und Polpaarzahl verwechselt: Ein vierpoliger Motor hat zwei Polpaare, also p = 2.
- Geräte für 60 Hz einfach an 50 Hz betrieben: Motoren und Transformatoren können dann zu heiß werden. Auf die Frequenzangabe auf dem Typenschild achten.
Frequenz ist die Zahl der Schwingungen pro Sekunde, Einheit Hertz. Sie ist der Kehrwert der Periodendauer: f = 1T. Das Netz arbeitet mit 50 Hz. Sinkt die Frequenz, wird mehr verbraucht als erzeugt.
Quiz: Teste dich
Zehn Fragen zum Thema Frequenz. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.