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Kapitel 4 · 19 Artikel

Wechselstrom und Wechselspannung

Sinus, Effektivwert, Blindwiderstand und Impedanz – wie sich Spannungen verhalten, die ständig ihre Richtung wechseln.

1

Wechselstrom und Wechselspannung

Was Wechselspannung ausmacht, wie sie entsteht, warum das Netz sie nutzt und welche Kennwerte du für Sinusgrößen brauchst.

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2

Effektivwert

Warum 230 V Wechselspannung genauso heizen wie 230 V Gleichspannung – Herleitung, Formeln für Sinus, Rechteck und Dreieck, Crestfaktor und True RMS.

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3

Gleichrichtwert

Der Mittelwert der gleichgerichteten Wechselspannung – Formeln für Sinus, Einweg- und Brückengleichrichtung, Formfaktor 1,11 und Folgen fürs Messen.

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4

Frequenz, Periode und Kreisfrequenz

Wie Frequenz, Periodendauer und Kreisfrequenz ω zusammenhängen, was der Zeiger damit zu tun hat und wie du Phasenverschiebungen in Grad umrechnest.

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5

Skineffekt

Warum Wechselstrom bei hohen Frequenzen nur noch an der Leiteroberfläche fließt, wie du die Eindringtiefe berechnest und was HF-Litze dagegen hilft.

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6

Wirkwiderstand

Der ohmsche Widerstand im Wechselstromkreis – warum Strom und Spannung in Phase sind, wie Wirkleistung entsteht und wann ein Widerstand nicht mehr ideal ist.

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7

Kapazitiver Blindwiderstand

Wie ein Kondensator Wechselstrom durchlässt, warum sein Widerstand mit der Frequenz sinkt und warum der Strom der Spannung um 90° vorauseilt.

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8

Induktiver Blindwiderstand

Warum eine Spule Wechselstrom bremst, wie ihr Blindwiderstand mit der Frequenz wächst und warum der Strom der Spannung um 90° nacheilt.

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9

Impedanz (Scheinwiderstand)

Wie Wirk- und Blindwiderstand zur Impedanz Z zusammenkommen – Zeigerdiagramm, Phasenwinkel, Reihen- und Parallelschaltung und Resonanz mit Rechenbeispielen.

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10

Zeigerdiagramm und komplexe Rechnung

Sinusgrößen als Zeiger und komplexe Zahlen: imaginäre Einheit j, Komponenten- und Polarform, Umrechnung und Rechnen mit Impedanzen an durchgerechneten Beispielen.

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11

RC- und RL-Glied: Tiefpass und Hochpass

Ein Widerstand und ein Kondensator oder eine Spule bilden den einfachsten Filter. Grenzfrequenz, −3 dB, 45°, 20 dB pro Dekade und Sprungantwort mit Beispielen.

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12

Frequenzgang und Bode-Diagramm

Wie sich Verstärkung und Phase einer Schaltung mit der Frequenz ändern: Amplituden- und Phasengang, logarithmische Achsen, Asymptoten und Bandbreite mit Beispielen.

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13

Schwingkreis und Resonanz

Spule und Kondensator tauschen Energie aus: Reihen- und Parallelschwingkreis, Thomsonsche Formel, Güte, Bandbreite und Spannungsüberhöhung mit Rechenbeispielen.

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14

Wirk-, Blind- und Scheinleistung

Was Wirkleistung P, Blindleistung Q und Scheinleistung S unterscheidet, wie das Leistungsdreieck funktioniert und warum Blindleistung Leitungen belastet.

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15

Leistungsfaktor und Kompensation

Was der Leistungsfaktor λ und cos φ aussagen, wie du induktive Blindleistung mit Kondensatoren kompensierst und was PFC in Netzteilen macht.

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16

Oberschwingungen und Fourier-Analyse

Jedes periodische Signal ist eine Summe von Sinusschwingungen: Grund- und Oberschwingungen, das Rechteck aus ungeraden Harmonischen, Spektrum, THD und Netzrückwirkungen.

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17

Drehstrom

Drei um 120° verschobene Wechselspannungen – wie Drehstrom aufgebaut ist, warum 400 V und 230 V, Stern- und Dreieckschaltung und die Leistungsformel.

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18

Transformator

Wie ein Trafo Spannung, Strom und Impedanz übersetzt: Aufbau, Übersetzungsverhältnis, Leerlauf und Last, Kupfer- und Eisenverluste, Trenntrafo, Ringkern und Übertrager.

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19

USV – Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Wie eine USV Geräte bei Netzausfall weiterversorgt – Offline, Line-Interactive und Online im Vergleich, VA und W, Laufzeit und Auswahl.

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