Prinzip der Dreiphasenwechselspannung

Bei Drehung einer Spule im homogenen Magnetfeld entsteht bekanntermaßen infolge der elektromagnetischen Induktion eine sinusförmige Wechselspannung. Würde man die eine Wicklung durch ein System von Wicklungen, die gegeneinander räumlich versetzt sind, ersetzen, so würde bei gleichem Aufbau in jeder der Wicklungen eine Spannung der gleichen Amplitude erzeugt. Durch die räumlich versetzte Lage der Wicklungen bekämen die jeweiligen Spannungen entsprechende zeitliche Phasenverschiebungen.

Bei der technischen Ausführung von Drehstromgeneratoren entsteht eine Dreiphasenwechselspannung, indem die drei um 120° räumlich versetzten Stränge (über den Umfang verteilte Wicklungen, die zu Strängen zusammengefasst werden) im Ständer angebracht sind, und ein sich mit der Drehzahl n drehender Läufer (gleichstromdurchflossene Wicklung oder Dauermagnet) ein mit der Winkelgeschwindigkeit ω rotierendes magnetisches Drehfeld erzeugt. Die Winkelgeschwindigkeit ω der entstehenden Wechselspannung hängt über die Anzahl der in einem Strang zusammengefassten Wicklungen (Polpaarzahl p) mit der Drehzahl n zusammen. Je höher die Polpaarzahl ist, desto geringer kann die Läuferdrehzahl gemacht werden, um die gleiche Netzfrequenz zu erhalten.

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Die in den Generatoren der Kraftwerke erzeugten Spannungen werden für den Transport aus wirtschaftlichen Gründen auf größere Spannungswerte transformiert und über verschiedene Umspannebenen auf die Verbraucher verteilt.

Das Dreiphasensystem (Drehstromsystem) ist der technisch bedeutsamste Fall von Mehrphasensystemen und interessiert uns hier ausschließlich. (Bei vertieftem Interesse für allgemeine Mehrphasensysteme informieren Sie sich z. B. unter [L3])
Die sich einstellenden Spannungen können wie folgt beschrieben werden:

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Wobei sich der Index "Str" auf den Strang (jedes der drei Wicklungssysteme) bezieht. Die Summe dieser drei symmetrischen Spannungen ist immer Null. Werden die beschriebenen Spannungen an um 120° räumlich versetzte Spulen angelegt, so werden durch die phasenverschobenen Ströme entsprechend phasenverschobene Magnetfelder erzeugt. Bei Zusammenfassung dieser drei Magnetfelder ergibt sich ein resultierendes Magnetfeld, dessen Feldrichtung sich ebenfalls mit der Winkelgeschwindigkeit ω dreht. Dieses sogenannte Drehfeld führt zur Bezeichnung Drehstrom für das Dreiphasensystem. Das Drehfeld ist von grundlegender Bedeutung für die Funktionsweise der Drehstrommotoren. Zum Prinzip des Drehstrom (Synchron-)generators und zu Drehstrommotoren kann z. B. in [L3] nachgelesen werden.

Die drei Stränge des Dreiphasengenerators könnten mit sechs Leitungen an drei Verbraucherstränge angeschlossen werden (unverkettetes - offenes - Dreiphasensystem). Viel geringer wird aber der Materialaufwand, wenn die Wicklungsenden miteinander verbunden werden (verkettetes Dreiphasensystem). Das ist möglich, weil die Summe der Augenblickswerte der Phasenspannungen der drei Wicklungsstränge zu jedem Zeitpunkt den Wert Null ergibt:

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