Wechselstromphänomenen

Wechselstromphänomenen umfassen die charakteristischen Effekte, die auftreten, wenn Spannung und Strom zeitlich variieren. Typisch ist eine sinusförmige Spannung mit einer Frequenz f, doch reale Systeme weisen Verzerrungen durch Nichtlinearitäten, Oberschwingungen und Transienten auf.

Zentrale Konzepte: Die Impedanz Z, zusammengesetzt aus Widerstand R und reaktiven Anteilen XL = ωL und XC = 1/(ωC), mit ω = 2πf. Für lineare Schaltungen gilt Z = R + j(XL − XC). Die Phasenverschiebung φ zwischen Spannung und Strom bestimmt cosφ als Leistungsfaktor; Wirkleistung P und Blindleistung Q folgen P = VI cosφ, Q = VI sinφ. Mit zunehmender Frequenz steigt XL, während XC abnimmt.

Wichtige Phänomene: Haut-Effekt verlagert den Strom bei höheren Frequenzen näher an die Leiteroberfläche, was den effektiven Widerstand erhöht. Resonanz tritt auf, wenn XL ≈ XC; das führt zu hohen Strömen oder Spannungen in Schaltungen. Transformatoren, Spulen und Kondensatoren nutzen wechselnde magnetische Felder; Übertragungsleitungen zeigen Wellen-, Reflexions- und Stehwellenphänomene bei Impedanzungleichgewicht. Nichtlineare Verbraucher erzeugen Oberschwingungen, die die Netzqualität beeinflussen. Transienten beim Schalten verursachen Einschaltströme, Abklingvorgänge und elektromagnetische Störungen.

Anwendungen: Energieübertragung, elektrische Antriebe, Netzqualität, Mess- und Prüftechnik, sowie Analyse und Gestaltung von Schaltungen und Netzen.