Wechselspannung nennt man eine elektrische Spannung, deren Polarität in regelmäßiger Wiederholung wechselt, deren zeitlicher Mittelwert aber gemäß Normung null ist. Die Kurvenform der Spannung ist dabei unerheblich und keineswegs an den Sinusverlauf gebunden.
Unten: Deren Wechselspannungsanteil
Schreibweise
Das Formelzeichen für die physikalische Größe „elektrische Spannung“ ist das ; bei Verwechslungsgefahr mit Gleich- oder Mischspannung (Begriffe gemäß) wird eine Wechselspannung gekennzeichnet durch die Tilde als Index, also . Keinesfalls ist das Einheitenzeichen V für Volt mit einem Kennzeichen zu versehen. Für eine Wechselspannung von 230 V ist
zu schreiben. Wenn die Tilde nicht verwendet werden kann, wird abgeleitet vom angelsächsischen Sprachraum der Index AC (engl. alternating current) verwendet – sowohl bei Strom (engl. current) als auch bei Spannung (engl. voltage), also . Die Anfügung an das Volt als Einheitenzeichen VAC (engl. volts alternating current) ist wie oben nach deutscher Normung und auch nach dem Internationalen Einheitensystem nicht zulässig.
Wird die Wechselgröße als zeitabhängiger Augenblickswert dargestellt, verwendet man Kleinbuchstaben, also bei der Spannung oder .
Festlegungen und Abgrenzungen
Definition
Damit eine mit der Zeit veränderliche elektrische Spannung als Wechselspannung bezeichnet werden kann, muss sie gemäß der genannten Normung zwei Kennzeichen erfüllen:
- Sie ist periodisch, und erfüllt also mit der Periodendauer für alle natürliche Zahlen
- Ihr Gleichwert ist null, also gilt für jeden Zeitpunkt
oder gleichwertig: Die Fläche zwischen Kurve und Nulllinie ist teils positiv und teils negativ und ergänzt sich nach einer Periodendauer zu null.
Beispiele
- Das Rauschen ist ein stochastischer Prozess, der ständig, aber nicht periodisch verläuft; daher ist die Rauschspannung keine Wechselspannung. In der Nachrichtentechnik wird die Rauschspannung teilweise fälschlich mit der Wechselspannung gleichgesetzt bzw. als eine besondere Form der Wechselspannung definiert, wenn die erforderlichen Eigenschaften von Wechselgrößen (z. B. Periodizität) für den betrachteten Vorgang unerheblich oder vernachlässigbar sind.
- Ein einmaliger Schaltvorgang erfüllt ebenfalls nicht das Kennzeichen eines periodischen Vorgangs.
- Ein sich periodisch wiederholender Schaltvorgang, der zwischen einer positiven und einer negativen Spannung umschaltet, erzeugt dann eine Wechselspannung, wenn der Gleichwert der so erzeugten Spannung null ist.
Entstehung und Verwendung
Die Umwandlung mechanischer Energie in elektrische erfolgt am einfachsten mit einem Wechselstromgenerator, beispielsweise einem Fahrraddynamo. Daneben eignet sich Wechselspannung zusammen mit Wechselstrom gut für die Energieübertragung, da sie sich durch Transformatoren einfach auf verschiedene Spannungen übertragen lässt, die kleiner oder gleich oder größer sein können. Daher ist die aus dem Alltag bekannteste Wechselspannung die Netzspannung aus der Steckdose. Um diese auch aus Gleichstromquellen wie Autobatterien oder Photovoltaikanlagen zu erzeugen wird ein Wechselrichter benötigt.
Die Wechselspannung ist über die allgemeine Form des ohmschen Gesetzes mit dem Wechselstrom verknüpft, es gelten also besondere Rechenregeln bei Lastwiderständen, die zum Gleichstromwiderstand auch noch einen Wechselstromwiderstand besitzen, siehe komplexe Wechselstromrechnung.
Außer dieser Anwendung zur Elektrizitätsversorgung wird Wechselspannung auch in der Nachrichtentechnik verwendet. Ein Beispiel hierfür ist das Mikrofon, das eine Wechselspannung erzeugt, die das aufgenommene Schallereignis abbildet. In der elektrischen Signalverarbeitung und Messtechnik tritt sie laufend in vielfältiger Form auf. Wird eine Mischspannung auf eine Wechselspannungskopplung (z. B. vermittels eines Kondensators) geleitet, so wird nur der Wechselspannungsanteil übertragen.
Kenngrößen
1 = Scheitelwert, hier auch Amplitude,
2 = Spitze-Tal-Wert,
3 = Effektivwert,
4 = Periodendauer
Fachliteratur
- Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher: Elektrotechnik Fachbildung Industrieelektronik. 1. Auflage, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig 1998, ISBN 3-14-221730-4.
- Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, 1989, ISBN 3-8085-3018-9.
- Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.
- Wilfried Weißgerber: Elektrotechnik für Ingenieure. 4. Auflage, Verlag Vieweg, 2008, ISBN 978-3834805027.
Einzelnachweise
- ↑ DIN 40110-1:1994 Wechselgrößen – Teil 1: Zweileiter-Stromkreise
- DIN 5483-1:1983 Zeitabhängige Größen – Teil 1: Benennung der Zeitabhängigkeit
- DIN 1313:1998 Größen
- Deutsche Übersetzung DIN EN ISO 80000-1: Größen und Einheiten – Teil 1: Allgemeines, Kap. 7.2.1
- SI-Broschüre
- DIN 5483-2:1982: Zeitabhängige Größen – Teil 2: Formelzeichen
- SI-Broschüre, 9. Aufl