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VoltBase Grundlagen Frequenz
Thema 10 Grundlagen

Frequenz

Schwingungen pro Sekunde: Was Frequenz bedeutet, warum das Netz genau 50 Hz braucht und wo dir andere Frequenzen begegnen.

ca. 6 Minuten Grundlagen Quiz mit 10 Fragen
01

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.

50 Hertz und 100 Hertz im Vergleich In derselben Zeit von 40 Millisekunden macht die obere Schwingung mit 50 Hertz zwei volle Schwingungen, die untere mit 100 Hertz vier. 50 Hz: 2 Schwingungen100 Hz: 4 Schwingungen 010 ms20 ms30 ms40 ms
Doppelte Frequenz, halbe Periodendauer: In 40 ms schafft die 50-Hz-Schwingung zwei volle Schwingungen, die 100-Hz-Schwingung vier. Eine Schwingung dauert bei 50 Hz 20 ms, bei 100 Hz nur 10 ms.
02

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.

Frequenz
f=1T
f in Hz · T in s
Kreisfrequenz
ω=2 · π · f
ω in 1/s · bei 50 Hz: ω ≈ 314 1/s

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.

VorsatzWertBeispiel
Hz1 HzNetz 50 Hz, Bahnstrom 16,7 Hz
kHz1.000 HzInduktionskochfeld etwa 20 bis 100 kHz
MHz1.000.000 HzUKW-Radio 87,5 bis 108 MHz
GHz1.000.000.000 HzWLAN 2,4 GHz und 5 GHz
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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.

Netzfrequenz und ihre Grenzen Eine Skala von 48,5 bis 51,5 Hertz. Grün der Normalbereich von 49,8 bis 50,2 Hertz. Bei 49,0 Hertz beginnt der automatische Lastabwurf. 48,54949,55050,55151,5 Sollwert 50 Hz Normalbetrieb 49,8 bis 50,2 Hz 49 Hz: Lastabwurf
Die Netzfrequenz als Waage: Wird mehr Strom verbraucht als erzeugt, werden die Generatoren gebremst und die Frequenz sinkt. Wird mehr erzeugt, steigt sie. Im Normalbetrieb bleibt sie zwischen 49,8 und 50,2 Hz. Fällt sie bis 49 Hz, werden automatisch Verbraucher abgeschaltet, um einen großflächigen Ausfall zu verhindern.

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.

Zungenfrequenzmesser mit Skala von 45 bis 55 Hertz, eine Zunge knapp unter 50 Hertz schwingt sichtbar
Zungenfrequenzmesser: Hinter der Skala von 45 bis 55 Hz sitzt eine Reihe kleiner Metallzungen, jede ist auf eine etwas andere Frequenz abgestimmt. Es schwingt die Zunge, die zur Netzfrequenz passt, hier knapp unter 50 Hz. Solche Geräte fand man früher in Schaltwarten und an Notstromaggregaten.

Foto: Julo, „Czestosciomierz-49.9Hz“, Lizenz: gemeinfrei (Public Domain), Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.

04

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:

Synchrondrehzahl
ns=f · 60p
ns in 1/min · f in Hz · p = Polpaarzahl

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.

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Rechenbeispiele

01 Frequenz aus dem Oszilloskop

Auf dem Oszilloskop dauert eine volle Schwingung 4 ms. Wie groß ist die Frequenz?

T = 4 ms = 0,004 sgesucht: f
  1. Millisekunden in Sekunden umrechnen: 4 ms = 0,004 s
  2. f = 1T = 10,004 s = 250 Hz
  3. Ergebnis: f = 250 Hz
02 Motor am Frequenzumrichter

Ein vierpoliger Motor (p = 2) wird am Frequenzumrichter mit 30 Hz betrieben. Wie groß ist die Synchrondrehzahl?

f = 30 Hzp = 2gesucht: ns
  1. ns = 30 Hz · 602 = 900 1/min
  2. 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.

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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.
Merke

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.

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Quiz: Teste dich

Zehn Fragen zum Thema Frequenz. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.

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