Wechselstromwiderstände: Arten und Eigenschaften

Wechselstromwiderstände

• Wechselstromwiderstände sind Widerstände, die in Wechselstromkreisen verwendet werden.
• Es wird zwischen ohmschen Widerständen (Wirkwiderständen), induktiven Blindwiderständen (Spulen) und kapazitiven Blindwiderständen (Kondensatoren) unterschieden.
• An einem ohmschen Widerstand sind Strom und Spannung in Phase.

Ohmscher Widerstand an Wechselspannung (Wirkwiderstand)

• Ein ohmscher Widerstand zeigt im Wechselstromkreis die gleiche Wirkung wie im Gleichstromkreis.
• Er wandelt elektrische Energie in andere Energieformen um, wie Wärme oder Licht.
• Im Wechselstromkreis mit Wirkwiderstand gilt das Ohmsche Gesetz.
• Der Wirkwiderstand R kann mit der Formel berechnet werden, wobei UR die Spannung und IR der Strom ist.
• Strom- und Spannungsverlauf eines Wechselstromkreises mit Wirkwiderstand sind sinusförmig und zeitlich nicht verschoben.

Spule an Wechselspannung (induktiver Blindwiderstand und Wirkwiderstand)

• Bei einer Spule im Wechselstromkreis kommt zum ohmschen Widerstand (Drahtwiderstand) noch ein induktiver Blindwiderstand XL hinzu.
• Der induktive Blindwiderstand entsteht durch Selbstinduktion in der Spule.
• Induktiver Blindwiderstand entsteht durch Selbstinduktion.
• Der induktive Blindwiderstand entsteht, weil der Wechselstrom in Spulen eine Selbstinduktionsspannung hervorruft.
• Diese Selbstinduktionsspannung wirkt der angelegten Spannung entgegen und setzt dadurch die wirksame Spannung und damit den Strom herab.
• Der Wechselstrom baut in der Spule im Rhythmus der Frequenz fortwährend ein magnetisches Feld auf und ab.
• Die Spule nimmt Energie aus dem Netz auf, speichert diese kurzzeitig im Magnetfeld und gibt sie wieder ins Netz zurück.
• Man nennt diese Energie Blindenergie und daher Blindwiderstände.

Ideale Spule (rein induktiver Blindwiderstand)

• Am induktiven Blindwiderstand (ideale Spule) eilt der Strom der angelegten Spannung um 90° nach.
• Der Grund für die Phasenverschiebung liegt in der Selbstinduktionswirkung der Spule.
• Im rein induktiven Stromkreis lässt sich der induktive Blindwiderstand mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes aus den Effektivwerten von Spannung und Strom bestimmen.
• XL = UL / IL (induktiver Blindwiderstand = Spannung / Strom).
• Der induktive Widerstand einer Spule ist umso grösser, je grösser die Induktivität der Spule und je höher die Frequenz ist.
• XL = 2πfL (induktiver Blindwiderstand = 2 * Pi * Frequenz * Induktivität).
• XL = ωL wobei ω die Kreisfrequenz ist.
• Durch die grössere Induktivität wirkt die Spule wirksamer, was zu einer Stromverringerung und damit zur Widerstand Erhöhung führt.

Scheinwiderstand

• Der gesamte Widerstand einer Spule bei Wechselstrom setzt sich aus dem Wirkwiderstand (Drahtwiderstand) und dem induktiven Blindwiderstand zusammen und wird als Scheinwiderstand Z oder Impedanz bezeichnet.

Kondensator an Wechselspannung (kapazitiver Blindwiderstand)

• Ein Kondensator verhält sich im Wechselstromkreis wie ein Widerstand, den man als kapazitiven Blindwiderstand Xc bezeichnet.
• An Wechselspannung wird der Kondensator bei jedem Polwechsel umgeladen (geladen und entladen).
• Im Stromkreis pendelt daher dauernd der Ladestrom hin und her.
• Auch der kapazitive Widerstand wird als Blindwiderstand bezeichnet, weil der Kondensator bei der Ladung Energie (Blindenergie) aufnimmt, diese kurzzeitig im elektrischen Feld speichert und bei der Entladung wieder ans Netz abgibt.
• Am kapazitiven Blindwiderstand (idealer Kondensator) eilt der Strom der angelegten Spannung um 90° vor.
• Ein Kondensator erzeugt im Wechselstromkreis eine entgegengesetzte Phasenverschiebung wie eine Spule.
• Legt man einen Kondensator an eine Gleichspannung so fließt kurzzeitig ein Strom.
• Im Prinzip fließt also nur dann ein Strom, wenn sich die angelegte Spannung ändert.
• Der Strom hat dann seinen Scheitelwert erreicht, wenn sich die Spannung am stärksten ändert.
• Der Strom ist dann Null, wenn sich die angelegte Spannung nicht ändert.
• Der kapazitive Widerstand eines Kondensators ist umso kleiner, je grösser die Kapazität des Kondensators, je grösser die Frequenz ist.
• Der kapazitive Widerstand nimmt mit zunehmender Kapazität und Frequenz ab.
• Xc = 1/(2πfC) (kapazitiver Blindwiderstand = 1 / (2 * Pi * Frequenz * Kapazität)).
• Xc = 1/(ωC) wobei ω die Kreisfrequenz ist.