Wechselstrom (AC)

Bei Wechselstrom ändert der Strom ständig seine Richtung: hin, zurück, hin, zurück. Die Abkürzung ist AC.

Wie eine Säge, die vor und zurück geht: Sie bewegt sich nicht nur in eine Richtung und arbeitet trotzdem. In Europa wechselt der Strom 50-mal pro Sekunde hin und her.

Aus der Steckdose kommt deshalb keine feste Spannung. Sie schwingt zwischen etwa +325 V und −325 V. Die bekannten 230 V sind der Effektivwert: Ein Heizstab wird damit genauso warm wie an 230 V Gleichspannung.

Fast der ganze Strom wird als Wechselstrom erzeugt und verteilt. Gleichstrom brauchen erst die Geräte, und dafür sorgt ihr Netzteil.

Wechselstrom entsteht im Generator. Dreht sich eine Spule in einem Magnetfeld, wird in ihr eine Spannung erzeugt (Induktion). Weil sich die Lage der Spule zum Magnetfeld bei jeder Umdrehung ändert, ändert sich auch die Spannung: Sie steigt an, wird wieder kleiner, kehrt ihre Richtung um und kommt zurück. Das ist die Sinusform.

Ein Generator mit einem Polpaar muss sich für 50 Hz genau 50-mal pro Sekunde drehen, also mit 3.000 Umdrehungen pro Minute. Große Kraftwerksgeneratoren laufen deshalb mit 3.000 oder 1.500 Umdrehungen pro Minute, synchron mit dem ganzen europäischen Netz.

Um eine Wechselgröße zu beschreiben, brauchst du mehrere Angaben. Für das Hausnetz gelten diese Werte:

Den Augenblickswert zu einem bestimmten Winkel berechnest du mit u = Û · sin α. Bei α = 90° ist sin α = 1 und die Spannung erreicht ihren Scheitelwert.

Foto: Pittigrilli, „Sine wave 10 kHz displayed on analog oscilloscope“, Lizenz: CC BY-SA 4.0, Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.

• Transformieren: Wechselspannung lässt sich mit einem Transformator einfach und verlustarm hoch- und heruntersetzen. Für den Transport über weite Strecken nimmt man sehr hohe Spannungen, weil dann bei gleicher Leistung nur ein kleiner Strom fließt und die Leitungsverluste klein bleiben.
• Erzeugen: Generatoren liefern von sich aus Wechselstrom.
• Antreiben: Mit Drehstrom, drei zeitlich versetzten Wechselströmen, entsteht ein Drehfeld. Darauf beruht der robuste Asynchronmotor.
• Abschalten: Durch die Nulldurchgänge erlöschen Lichtbögen an Schaltern leichter als bei Gleichstrom.

Im Haus liegt die Wechselspannung zwischen dem Außenleiter L und dem Neutralleiter N. Der Neutralleiter ist im Netz geerdet und liegt deshalb nahe am Erdpotential. Der Außenleiter schwingt gegenüber N und gegenüber der Erde ständig zwischen etwa +325 V und −325 V. Das macht ihn gefährlich.

Ein Multimeter im Bereich V AC (oft mit einer Wellenlinie gekennzeichnet) zeigt den Effektivwert an. Einfache Geräte rechnen ihn aus dem Mittelwert hoch und stimmen deshalb nur bei reinen Sinusgrößen. Bei verzerrten Strömen, etwa hinter Frequenzumrichtern, LED-Netzteilen oder Dimmern, brauchst du ein Gerät mit Echteffektivwertmessung (True RMS).

Wie die Kurve wirklich aussieht, zeigt ein Oszilloskop. Damit lassen sich Scheitelwert, Periodendauer und Verzerrungen direkt ablesen.

• „In der Steckdose sind immer 230 V“: 230 V ist der Effektivwert. Die Spannung schwingt in Wirklichkeit bis etwa 325 V.
• √2 auf alles angewendet: Der Faktor √2 zwischen Scheitel- und Effektivwert gilt nur für reine Sinusgrößen.
• Billiges Multimeter an verzerrtem Strom: Ohne True RMS kann die Anzeige bei Umrichtern oder LED-Netzteilen deutlich danebenliegen.
• Neutralleiter für ungefährlich gehalten: Bei einer Unterbrechung oder bei Fehlern kann auch N Spannung gegen Erde führen. Immer allpolig prüfen.