(ET2-25) Stern- und Dreieckschaltung [Grundlagen, Videoclips, Beispiele]

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Inhaltsverzeichnis:

Nachdem wir bereits einige Schaltungsarten vorgestellt haben, geben wir dir jetzt kurz und knapp einen Überblick zu den Begriffe Sternschaltung und Dreieckschaltung vor. 

Danach tauchen wir zusammen tiefer in die Materie ab und erklären dir, wie du als Techniker die Transformation in die jeweilige anderen Schaltung durchführst.

Für ein optimales Verständnis helfen dir in diesem Kapitel drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET2-Gleichstromtechnik

 

Darum geht’s jetzt!

 

Sternschaltung, Dreieckschaltung – Grundlagen

Die Sternschaltung und Dreieckschaltung sind Schaltungsvarianten von elektrischen Bauteilen wie Ohmschen Widerständen oder Spulen, die immer dann zu Einsatz kommen, wenn sie nicht durch die gängigen Reihenschaltung und Parallelschaltung realisiert werden können. Besonders gefragt sind diese Schaltungsarten in der Drehstromtechnik bei der Nutzung von Drehstrommotoren. 

Merk’s dir!

“Die Sternschaltung ist eine Grundschaltung, die kennzeichnet, dass sie aus mindestens drei Zweipolen besteht.”

“Die Dreieckschaltung besteht aus mindestens drei Zweipolen, die über von außen zugängliche Anschlüsse verfügen.”

 

Elektrische Schaltung
Elektrische Schaltung – Dreieckschaltung


Sternschaltung – Erklärung

Die Sternschaltung ist eine Grundschaltung, die kennzeichnet, dass sie aus mindestens drei Zweipolen besteht. In der Literatur findest du ebenfalls die Bezeichnung Y-Schaltung für diese Schaltungsart. In unserem Bild entspricht die Schaltung einem umgedrehten Y, aber das liegt lediglich am Blickwinkel. 

Sternschaltung mit Sternpunkt (Schaltungsknoten)
Sternschaltung mit Sternpunkt (Schaltungsknoten)

 

Der Einfachheit halber betrachten wir nur Schaltungen, bei denen der Sternpunkt lediglich aus drei passiven Zweipolen besteht. Diese passiven Zweipole sind Ohm’sche Widerstände

Merk’s dir!

Diese Zweipole sind jeweils mit einer ihrer Klemmen in einem gemeinsamen Schaltungsknoten, dem Sternpunkt, verbunden.

 

Ausführliche Erklärung

Ein bisschen Fachsimpeln…

Eine Sternschaltung, auch als Y-Schaltung bekannt, ist eine gängige elektrische Konfiguration in Drehstromsystemen. In einer Sternschaltung werden drei gleichartige Stromquellen oder Lasten an einem gemeinsamen Punkt, dem Sternpunkt oder Neutralpunkt, verbunden. Die Lasten werden mit einem Ende an eine der drei Phasen angeschlossen und mit dem anderen Ende an den Sternpunkt. Die Spannung zwischen jeder Phase und dem Sternpunkt ist gleich und beträgt typischerweise die Nennspannung des Systems. Die Spannung zwischen den Phasen ergibt sich aus der Wurzel aus 3 mal der Spannung zwischen einer Phase und dem Sternpunkt. Sternschaltungen sind aufgrund ihrer einfachen Struktur weit verbreitet und finden Anwendung in verschiedenen Bereichen wie Elektromotoren, Transformatoren und industriellen Maschinen.

 

Polygonschaltung – Erklärung

Eine weitere Schaltungsvariante, die dir in deinem Studium zum Techniker begegnen wird, ist die Polygonschaltung, auch bekannt unter dem Begriff Ringschaltung. In deiner Fachliteratur findest du unter Umständen die alternativen Bezeichnungen \Delta- Schaltung oder \pi-Schaltung

 

Merk’s dir!

Sie besteht aus mindestens drei Zweipolen, die über von außen zugängliche Anschlüsse verfügen. Letztere sind in Reihe geschaltet und bilden zusammen eine Masche.

 

Die einfachste Variante der Polygonschaltung ist aber die Schaltung als Dreieck, bestehend aus passiven Zweipolen (Ohm’schen Widerständen).

Dreieckschaltung - Einfachste Polygonschaltung
Dreieckschaltung – Einfachste Polygonschaltung

 

Ausführliche Erklärung

Ein bisschen Fachsimpeln…

Eine Dreieckschaltung ist eine gängige Konfiguration in Drehstromsystemen, bei der jede Last oder Quelle mit dem Ende einer anderen Last oder Quelle verbunden ist, ohne einen gemeinsamen Punkt wie bei der Sternschaltung. In einer Dreieckschaltung sind die Enden jeder Last mit den Phasen des Drehstromsystems verbunden, wobei jede Last mit den Enden der anderen Lasten verbunden ist. Dadurch entsteht eine geschlossene Schleife in Form eines Dreiecks. Die Spannung zwischen den Phasen in einer Dreieckschaltung ist die Nennspannung des Systems, während die Spannung zwischen jeder Phase und dem Neutralpunkt (falls vorhanden) die Wurzel aus 3 mal der Spannung zwischen den Phasen beträgt. Dreieckschaltungen bieten eine höhere Leistung und werden häufig für Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf wie Industriemotoren, Hochspannungsübertragungsleitungen und Windkraftanlagen eingesetzt.

 

Einsatz der Stern- und Dreieckschaltung – Zweck

Merk’s dir!

Stern- und Dreieckschaltungen sind besonders in Mehrphasensystemen von Bedeutung. Beachte aber, dass diese Schaltungen nur aus aktiven oder nur aus passiven Zweipolen bestehen dürfen.

 

Beispiele für Sternschaltungen, Beispiele für Dreieckschaltungen

Stern- und Dreieckschaltungen sind zwei der gebräuchlichsten Schaltungskonfigurationen in der Elektrotechnik, insbesondere in der Industrie. Hier sind einige praktische Beispiele für ihre Anwendung:

  1. Elektromotoren: Elektromotoren werden oft entweder in Stern- oder Dreieckschaltung betrieben, abhängig von den Anforderungen des Betriebs. Bei niedrigeren Drehzahlen oder Startvorgängen wird oft die Sternschaltung verwendet, während für höhere Drehzahlen oder im Betrieb die Dreieckschaltung bevorzugt wird.

  2. Transformatoranschlüsse: Bei Drehstromtransformatoren können sowohl Stern- als auch Dreieckschaltungen für verschiedene Anwendungen verwendet werden. In der Sternschaltung sind die Spannungen zwischen den Phasen niedriger, während sie in der Dreieckschaltung höher sind.

  3. Windkraftanlagen: In Windkraftanlagen werden häufig Stern- oder Dreieckschaltungen verwendet, um die Windturbinen an das Stromnetz anzuschließen. Die Auswahl der Schaltung hängt von den spezifischen Anforderungen der Anlage und den Netzvorschriften ab.

  4. Induktionskochfelder: Einige Induktionskochfelder verwenden Dreieckschaltungen für die Stromversorgung der Kochzonen. Durch die Dreieckschaltung kann eine höhere Leistung bereitgestellt werden, was für das schnelle Erhitzen der Kochflächen wichtig ist.

  5. Industrielle Pumpen und Lüfter: In industriellen Anwendungen wie Pumpen und Lüftern können sowohl Stern- als auch Dreieckschaltungen verwendet werden, um die Drehzahl und Leistung der Motoren entsprechend den Betriebsanforderungen anzupassen.

Diese Beispiele verdeutlichen, wie Stern- und Dreieckschaltungen in verschiedenen Branchen und Anwendungen eingesetzt werden, um eine effiziente und zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten.

 

Anschauungsbeispiel: Ohm’scher Zweipol – Sternschaltung & Dreieckschaltung

Beispiel: Ohm’scher Zweipol!

Warum die Stern- und Dreieckschaltungen so bedeutend sind zeigt dir der nachfolgende Problemfall. In dieser Abbildung liegt ein Ohm’scher Zweipol vor.

Ohm'scher Zweipol - sehr ungünstig zu berechnen in der Form
Ohm’scher Zweipol – sehr ungünstig zu berechnen in der Form

 

Obwohl wir ja mittlerweile den Umgang mit der Reihen- und Parallelschaltung erlernt haben und uns die Regeln zur Berechnung des resultierenden Widerstandes von Reihen- und Parallelschaltungen zwischen den Klemmen A und B sind, kommen wir hier leider nicht weiter.

Glücklicherweise enthält diese Schaltung zwei Sternschaltungen (mit Sternpunkten /Gelb) und zwei Dreieckschaltungen (Magenta) von Ohm’schen Widerständen. Beide Schaltungen sind auf den beiden nächsten Abbildungen eingezeichnet.

Die Sternschaltungen erhalten den Buchstaben S sowie eine fortlaufende Zahl.

Ohm'scher Zweipol - Zwei Sternschaltungen entdeckt
Ohm’scher Zweipol – Zwei Sternschaltungen entdeckt

 

Die Dreieckschaltungen hingegen den Buchstaben D mit fortlaufender Zahl.

Ohm'scher Zweipol - Zwei Dreieckschaltungen entdeckt
Ohm’scher Zweipol – Zwei Dreieckschaltungen entdeckt

 

Wir betrachten sowohl die Schaltung als Dreieck wie auch die Sternschaltung als Dreipole. Wobei der Sternpunkt der Sternschaltungen von außen nicht erreicht werden kann.

 

Merk’s dir!

“Ausgehend vom Klemmenverhalten existiert für jede dreipolige Sternschaltung auch eine passende Schaltung als Dreieck und umgekehrt.” Weshalb sich diese auch ineinander transformieren lassen. Denn eine gleiche Spannung der äquivalenten Stern- und Dreieckschaltungen führt dazu, dass auch gleiche Ströme über die Klemmen fließen. Das ist und bleibt so!

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem du nun die Dreieckschaltung als Schaltungsvariante kennen gelernt hast, wollen wir dir im nächsten Kurstext Vereinfachungen zu diesen Schaltungen detailliert vorstellen.

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