Grundlegendes zu Gleich- und Wechselstrom

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Ich habe da mal eine vielleicht naive Frage zu Gleich- und Wechselstrom

Im Kraftwerk wird ja durch Generatoren Wechselstrom erzeugt. Das heißt die Elektronen bewegen sich in der Leitung mit einer Frequenz von 50Hz hin und her, vor und zurück, 50 mal pro Sekunde. Wenn Gleichstrom erzeugt würde, hätte ich einen kontinuierlichen Elektronenstrom vom Kraftwerk bis in die Glühbirne und zurück,

  1. daher auch sehr große Verluste?

  2. Und dieses Hin und Her (50Hz) funktioniert über hunderte von Kilometern? Der Stromkreis muss ja geschlossen sein - muss ja wohl.

  3. Gleichstrom bezieht sich also nur auf die Bewegungsrichtung der Elektronen, da ja auch ein gewisses Pulsieren beim Gleichstrom vorhanden ist. Es gibt also die reine konstante Spannung z.B 12V nur als Batterie oder ähnliches, wo nichts schleifend abgegriffen werden muss, oder gleichgerichtet.

  4. In einem Generator ist es entweder ein Wechselstrom oder ein pulsierender Gleichstrom.
    Im Zeit-Spannungsdiagramm wird dieser Zusammenhang als Sinuskurve (Wechselstrom) und der „Hügelkurve“ (Gleichstrom) deutlich.

Sorry, bin noch an den Grundlagen.

#2

Ich habe da mal eine vielleicht naive Frage zu Gleich- und
Wechselstrom

Im Kraftwerk wird ja durch Generatoren Wechselstrom erzeugt.
Das heißt die Elektronen bewegen sich in der Leitung mit einer
Frequenz von 50Hz hin und her, vor und zurück, 50 mal pro
Sekunde. Wenn Gleichstrom erzeugt würde, hätte ich einen
kontinuierlichen Elektronenstrom vom Kraftwerk bis in die
Glühbirne und zurück,

Ja,so arbeiteten die Kraftwerke des T.A. Edison in den Anfängen der Elektrifizierung mit Gleichstrom.

  1. daher auch sehr große Verluste?

Wechselstrom kann man aber umwandeln mit Trafos,das kann man mit Gleichstrom nicht,bzw. man macht es erst heute bei der geplanten HGÜ-Leitung.
Eine Gleichspannungübertragung von Hochspannung (Lange Strecken,Sahara-Europa z.B. geplant). Dabei gibt es Kostenvorteile gegenüber der Wechselstromübertragung.

  1. Und dieses Hin und Her (50Hz) funktioniert über hunderte
    von Kilometern? Der Stromkreis muss ja geschlossen sein - muss
    ja wohl.

Ja,über Tausende Kilometer als Hoch- und Höchstspannungs-Fernleitungen.
Der Stromkreis ist schon geschlossen,weil am Anfang und Ende dieser Transportleitungen Transformatoren stehen,deren Wicklungen schließen den Kreis.

  1. Gleichstrom bezieht sich also nur auf die
    Bewegungsrichtung der Elektronen, da ja auch ein gewisses
    Pulsieren beim Gleichstrom vorhanden ist. Es gibt also die
    reine konstante Spannung z.B 12V nur als Batterie oder
    ähnliches, wo nichts schleifend abgegriffen werden muss, oder
    gleichgerichtet.

Ja,einen „echten“ Gleichstrom ohne Überlagerung von Wechselstromanteilen(„Brummspannung“) gibt es nur mit Chemischen Elementen(Batterie,Akku,Br.-Zelle).

  1. In einem Generator ist es entweder ein Wechselstrom oder
    ein pulsierender Gleichstrom.

Ja

Im Zeit-Spannungsdiagramm wird dieser Zusammenhang als
Sinuskurve (Wechselstrom) und der „Hügelkurve“ (Gleichstrom)
deutlich.

Ja

Sorry, bin noch an den Grundlagen.

Mancht doch nichts !

Mit freundlichen Grüßen von
duck313

#3

danke,

ich muss aber noch mal zu den 50 Hz und der Bewegungsrichtung der Elektronen was fragen.

Ist es doch so, das die 50Hz bildlich gesprochen ein vor und zurück bewegen der Elektronen im Leiter bedeutet.
Wenn ich eine Überlandleitung habe, dann fließen Elektronen vor wie zurück, eben 50 mal pro Sekunde, Verluste müsste man noch berücksichtigen. Ich denke angenähert der Lichtgeschwindigkeit, auf jeden Fall recht schnell.

  1. Wie kann ich mir denn das Vorstellen. So einfach wie, ein Elektron bewegt sich vom Kraftwerk und Umspannwerk 50 mal pro Sekunde zwischen Hamburg und München (Umspannwerk) hin und her?
    Beim Gleichstrom fließen auch Elektronen, halt kontinuierlich in eine Richtung.

  2. Wo und wie ungefähr wird der Stromkreis des Generators des Kraftwerkes geschlossen? Ist da eine Rückleitung? Ohne geschlossenen Stromkreis kein Strom.

  3. Warum kann eine höhere Spannung besser transportiert werden als geringe Spannung. Laut deiner Info geht das jetzt auch mit Gleichstrom, aber aufwendiger.

#4

danke,

ich muss aber noch mal zu den 50 Hz und der Bewegungsrichtung
der Elektronen was fragen.

Ist es doch so, das die 50Hz bildlich gesprochen ein vor und
zurück bewegen der Elektronen im Leiter bedeutet.

Hallo nochmals !
Nein,es handelt sich nicht mehr um einen „Elektronenstrom“ sondern um eine Elektronen -„schwingung“. Die Elektronen wandern nicht mehr ,sie bewegen sich nur noch im Millimeterbereich hin und her.

Wenn ich eine Überlandleitung habe, dann fließen Elektronen
vor wie zurück, eben 50 mal pro Sekunde, Verluste müsste man
noch berücksichtigen. Ich denke angenähert der
Lichtgeschwindigkeit, auf jeden Fall recht schnell.

Siehe Vortext.

  1. Wie kann ich mir denn das Vorstellen. So einfach wie, ein
    Elektron bewegt sich vom Kraftwerk und Umspannwerk 50 mal pro
    Sekunde zwischen Hamburg und München (Umspannwerk) hin und
    her?

Nein,es ist nicht das selbe Elektron das die ganze Reise macht !

Beim Gleichstrom fließen auch Elektronen, halt kontinuierlich
in eine Richtung.

Ja,hier stimmt das Bild .

  1. Wo und wie ungefähr wird der Stromkreis des Generators des
    Kraftwerkes geschlossen? Ist da eine Rückleitung? Ohne
    geschlossenen Stromkreis kein Strom.

Ja,ohne Rückleitung kein Stromkreis und damit kein Strom !
Der Generator im Kraftwerk erzeugt Spannung. Die wird noch im Werk auf einen Trafo geleitet und hochtransformiert. Dann gelangt diese Spannung mit Hochspannungsleitungen ins Netz. Am Zielort wird wieder über einen Trafo heruntertransformiert in niedrigere Spannung,dann nochmals herabgesetzt und dann i.d.R. noch einmal im Ortstrafo.
Ab dort kommt dann das bekannte 400/230 V Netz ins Haus.

So sind es immer mehrere Stromkreis,die geschlossen sind und Strom fließen lassen.

  1. Kreis: Generator zum Trafo
    2.Kreis : Trafoausgang-Freileitung-Trafoeingang
    usw.
  1. Warum kann eine höhere Spannung besser transportiert
    werden als geringe Spannung. Laut deiner Info geht das jetzt
    auch mit Gleichstrom, aber aufwendiger.

Man muss es von der zu übertragenden Leistung aus sehen.
Leistung ist das Produkt aus Spannung mal Strom.

Steigt die Spannung,sinkt der Strom bei gleicher Leistung.
Und bei kleinerem Stromfluß kommt man mit dünneren Kabelquerschnitten aus.
Bei sehr hohem Strom bräuchte man sehr dicke Kupferadern,die sind teuer und schwer,trotzdem fällt ein Teil Spannung als Leitungsverlust an.
Deshalb erhöht man die Spannung bis auf 380 kV (380.000 Volt),der Strom ist dann trotz hoher Übertragungsleistung gering. Die Adern sind recht dünn und der Verlust ist gering.
Und die Aufteilung auf 3 Phasen erleichtert die Übertragung nochmals.

MfG
duck313

#5

Nachhilfe zu Wechselstrom
Hallo Ivy,

Ist es doch so, das die 50Hz bildlich gesprochen ein vor und
zurück bewegen der Elektronen im Leiter bedeutet.

Hallo nochmals !

Nein,es handelt sich nicht mehr um einen „Elektronenstrom“
sondern um eine Elektronen -„schwingung“. Die Elektronen
wandern nicht mehr ,sie bewegen sich nur noch im
Millimeterbereich hin und her.

Duck hat es ja gut erklärt, aber das mit dem „Hin- und Her“ scheint etwas unklar zu sein…
Meine Hilfe: Stelle Dir vor, Der Stromleiter ist vollgestopft mit kleinen Kügelchen, dies sind die Elektronen. Wenn dann an einer Stelle einige Kügelchen (Elektronen) angestoßen werden, dann sausen diese nicht mit Lichtgeschwindigkeit von einem Ende zum Anderen, sondern die übrigen Kügelchen werden nur angestoßen diese wiederum stoßen die nächsten an … u.s.w. Diese Abfolge des Anstoßens pflanzt sich mit Lichtgeschwindigkeit fort. Bei Wechselstrom schwingen die Kügelchen nur ein wenig hin und her. Diese Bewegung ist der elektrische Strom.
Ein bestimmtes Elektron braucht (abhängig von der Stromstärke) rel. lang, bis es das andere Ende eines Leiters erreicht hat, bei Wechselstrom kommt es praktisch nie an, sondern schwingt immer nur in einem kleinen Bereich des Leiters hin und her.

  1. Wie kann ich mir denn das Vorstellen. So einfach wie, ein
    Elektron bewegt sich vom Kraftwerk und Umspannwerk 50 mal pro
    Sekunde zwischen Hamburg und München (Umspannwerk) hin und
    her?

Diese Vorstellung sollte nun auch korrigiert sein.

Beste Grüße, Edi

1 Like
#6

Ok, danke duck und Edi,

immer diese Grundlagen. So weit unten fangen wenige an, aber es war mir wichtig.
Durch die ganzen Erklärungen bin ich nun zu

  • Spannung
  • elektrisches Feld
  • langsame Driftbewegung freier Elektronen
    gekommen. Ok die langsame Driftbewegung erzeugt eine Energie, die sich annähernd mit Lichtgeschwindigkeit im Leiter ausbreitet.

Ok, Strom ist Bewegung von Ladungsträgern.

Spannung ist da schon schwieriger. Der Strom benötigt ein elektrisches Feld hervorgerufen durch eine Spannung.
Ich brauche ein System, das eine Potentialdifferenz erzeugt.

Und genau das macht der Krafwerksgenerator, der erzeugt Ladung und auf der anderen Seite hinter dem Trafo sind die Verbraucher.
Also besteht eine Spannung, richtig?

Mir fehlt leider immer noch etwas. Wo ist bei einer Überlandleitung der geschlossene Stromkreis?

  1. Kreis: Generator zum Trafo (Ok)
  2. Kreis : Trafoausgang-Freileitung-Trafoeingang dann weiter
  • Ortstrafo - Verbraucher (Waschmachine) - und wieder zurück zum Ortstrafo usw.
    Der Kreis ist immer noch nicht geschlossen, die Freileitung hängt noch in der Luft. Die hat doch keine Rückleitung.
#7

Hallo !

Wo ist bei der Überlandleitung der geschlossene Stromkreis ?

Beispiel zur Vereinfachung 1-phasiger Wechselstrom (kein Drehstrom).
Die Trafowicklung hat eine Spule mit Anfang und Ende. Beide sind auf 2 Drähte der Fernleitung gelegt. Am Ende der Fernleitung ist wieder ein Trafo. Wieder gelangen beide Drähte auf die dortige Wicklung,Anfang und Ende der Wicklung.
Nun ist der Kreis geschlossen,es fließt Strom.

MfG
duck313

#8

:wink:

DANKE!

#9

Moin,

Im Kraftwerk wird ja durch Generatoren Wechselstrom erzeugt.

  1. daher auch sehr große Verluste?

nein, nicht „daher“. Das ist nicht der Grund und im Gegensatz zu Gleichstrom sind die Verluste bei Wechselstrom sogar noch niedriger. Wurde ja schon gesagt, der Strom ist dann bei gleicher Leistung kleiner und der Strom ist die Ursache für die Verluste in der Leitung weil dieser im Leitungswiderstand Wärme(energie) erzeugt.

  1. Gleichstrom bezieht sich also nur auf die
    Bewegungsrichtung der Elektronen, da ja auch ein gewisses
    Pulsieren beim Gleichstrom vorhanden ist.

Nö. „Gleichstrom“ ist Gleich strom, da pulsiert nix. Wenn der Strom sich ändert, aber nicht die Richtung wechselt, also kein Wechselstrom ist, nennt man den pulsierenden Gleichstrom oder je nach Art auch anders.

VG
J~

#10

HGÜs gibt es seit ü.50Jahren !
Moin,

… bzw. man macht es erst heute bei der geplanten HGÜ-Leitung.

Nicht erst für geplante Anlagen.

Es gibt sie schon seit über 50 Jahren:
Zitat:
Die historische Verbindung beginnt im Ort Västervik (Festland) und
endet bei Visby (Insel). Mit Inbetriebnahme der Verbindung am
1. Januar 1956 entstand die erste funktionierende, kommerziell
genutzte HGÜ-Verbindung, …
50 Jahre Hochspannungs-Gleichstromübertragung(HGÜ) (…

Bestehende u. geplante/i.Bau befindliche Stecken in …
Bildunterschrift:
HGÜ-Leitungen in Europa - rot sind bestehende Leitungen,
grün Leitungen die momentan gebaut werden
und blau sind geplante Leitungen.

HGÜ - Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (Wiki)

…

Mit freundlichen Grüßen von

duck313

mfg
W.

#11

Im Kraftwerk wird ja durch Generatoren Wechselstrom erzeugt.

  1. daher auch sehr große Verluste?

nein, nicht „daher“.
Das ist nicht der Grund und im Gegensatz
zu Gleichstrom sind die Verluste bei Wechselstrom sogar noch
niedriger.

Bei Gleichstrom sind sie niedriger, wenn man selbe Spannungen betrachtet. Nicht umsonst steckt man einiges an Geld in die HGÜ.
(Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung).

Wurde ja schon gesagt, der Strom ist dann bei
gleicher Leistung kleiner und der Strom ist die Ursache für
die Verluste in der Leitung weil dieser im Leitungswiderstand
Wärme(energie) erzeugt.

Ah, du beziehst das auf die höhere Spannung. Aber auch bei Gleichspannung kann ich hohe und höchste Spannungen nutzen!

  1. Gleichstrom bezieht sich also nur auf die
    Bewegungsrichtung der Elektronen, da ja auch ein gewisses
    Pulsieren beim Gleichstrom vorhanden ist.

Nö. „Gleichstrom“ ist Gleich strom, da pulsiert nix.

Er könnte meinen, dass Gleichstrom oft nicht ganz glatt ist.
Oder er bezieht sich auf Ebene der Elektronen, die eben nicht alle schön im Gleichschritt (Marsch, MArsch!) laufen, sondern irre Bewegungen dabei vollführen.

#12

Danke,
Das mit den Verlusten und HGÜ war mir so nicht so bewusst und mit den Verlusten von Gleichstrom auch nicht. Das ist jetzt aber kein grundlegendes Verständnisproblem, ich nehme es halt so hin.

Das mit dem pulsieren des Gleichstrom habe ich bezüglich Schwankung der Spannung erwähnt.
„„echten“ Gleichstrom ohne Überlagerung von Wechselstromanteilen(„Brummspannung“) gibt es nur mit Chemischen Elementen.“
Im Generator muss ja die Spannung irgendwie abgenommen werden. Entweder durch Kohlebürsten oder Gleichrichter oder, oder…
Da schwankt die Spannung doch immer, auch beim Gleichstrom.