Zusammenfassung
Bisher wurde bei allen Betrachtungen über Wechselströme vorausgesetzt, daß, der Verlauf des Stromes, der Spannung und des magnetischen Feldes einer einfachen Sinuswelle entspricht. Bei der praktischen Anwendung der Wechselströme ist dies selten der Fall. Wir betrachten zunächst die einfachsten Fälle zusammengesetzter Wellenformen.
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Um in dieser Hinsicht keiner Täuschung zu verfallen, muß man immer eine ganze Welle, nicht nur eine- Halbwolle betrachten. Denn eine Halbwelle der Abb. 401 sieht einer Halbwelle der Abb. 399 sehr ähnlich. In der Tat könnte man jede Halbwolle der letzteren zeichnerisch durch eine Grundwelle und zwei Halbwellen zweiter Ordnung wie in Abb. 401 darstellen. Macht man das aber für die ganze Abb. 399, so sieht man, daß von dieser scheinbaren Welle zweiter Ordnung immer zwei positive und zwei negative Halbwellen aufeinander-folgen, statt abwechselnd eine positive und eine negative, wie es bei einem sin oder cos der Fall sein muß.
Ein schwaches Glied zweiter Ordnung kann auch in normalen Wechsel-Stromlichtbögen und in Glühlampen entstehen, und zwar lediglich als lolge der periodischen Stromwärme, die beim Scheitelwert des Stromes ein Maximum, beim Nullwert ein Minimum ist. Und weil jeder negative Scheitelwert ein eben solches Maximum der Strom wärme ergibt wie jeder positive Scheitelwert, so kommen auf jede Periode des Wechselstromes zwei Maxima (positive Scheitelwerte) und zwei Minima (negative Scheitelwerte), also zwei Perioden. Biese doppelte Periodizität erkennt man auch aus den Leistungskurven in Abb. 199 bis 201. Da dieses Glied zweiter Ordnung nur aus der periodischen Änderung des Widerstandes entsteht, kommt es nur in der Stromwelle, aber nicht in der Spannungswelle vor. Im allgemeinen ist es auch in der Stromwelle so klein, daß es nur durch genaue Ausmessung einer oszillographischen Aufnahme ermittelt werden kann. Im Wechselstromlichtbogen entstehen außerdem bedeutend stärkere Glieder höherer Ordnung in der Elektrodenspannung durch den Zündvorgang, wie die Abb. 508 zeigt. Da sich diese Vorgänge beim Anstieg jeder Halbwelle auf der positiven und negativen Seite im gleichen Sinne wiederholen, so sind es Glieder ungerader Ordnung, wie in Abb. 400, die dadurch entstehen.
Man erhält so auf viel kürzerem Wege eine größere Genauigkeit für den effektiven Wert, als durch Ausrechnung der Fourieresohen Reihe; besonders dann, wenn man bei sehr spitzen Wellenformen die Anzahl der Streifen so wählt, daß der größte Wert (Scheitelwert) mit einer der Mittellinien h zusammenfällt, denn gerade dieser hat großen Einfluß auf den effektiven Wert. Da man das bei der Ausrechnung der Fouriereschen Reihe meist nicht so einrichten kann, wenn man nicht sehr viel Glieder auf langwierige Weise berechnen will, so ergeben sich gerade bei dieser manchmal beträchtliche Fehler.
ETZ 1900, S. 674. Zeîtschr. f. Elektrot., Wien 1902, Heft 13. Vgl. auch die Anmerk. auf S. 458.
Bei gewöhnlichen Wechselstromerzeugern kann sich der Scbeitelfaktor zwischen Leerlauf und Vollbelastung um 15 Proz. ändern. Durch sekundäre Kurz-echluß-Dämpfung (zur Vermeidung des Pendeins beim Parallelbetrieb) wird dieser Einfluß unterdrückt, und die Spannungswelle bleibt nahezu unverändert. Vgl. Benischke, ETZ 1915, S. 396.
Demnach wären also Stromerzeuger mit stumpfer magnetischer Welle und spitzer Spannungswelle vorzuziehen, Dem steht aber entgegen, daß für elektrische Bogenlampen einte stumpfe Spannungswelle günstiger ist. Für alle, anderen Belange, insbesondere für die Vermeidung der Resonanzspannungen, höherer Glieder (§ 219) sind möglichst reine Sinuswellen erwünscht. Diese sollen daher bei der Konstruktion; der Stromerzeuger angestrebt werden, Beim Betriebe ist noch zu berücksichtigen, daß durch Ankerrückwirkting eine Verzerrung der Spannungswelle im Stromerzeuger stattfindet. Die Gesetze dieser Verzerrung wurden vom Verfasser in „Elektrotechnik und Maschinenbau” 1905, S. 681, wie folgt festgestellt:
Die unsymmetrische Verzerrung der Grundform einer Spannungswelle (bei Drehstromerzeugern der Sternspannung) durch Ankerrückwirkung rührt im Wesentlichen nur von der Wattkomponente des Stromes her und erfolgt bei vor eilendem und nacheilendem Strome in gleichem Sinne und gleicher Stärke.
Die wattlose Komponente hat entweder gar keinen Einfluß auf die Wellenform oder sie verursacht bei nacheilendem Strome eine symmetrische Abstufung oder Einsattelung, bei voreilendem Strome eine symmetrische Zuspitzung der Spannuhgswelle.
Die Spannungsabnahme bei nacheilendem Strom und die Spannungszunahme bei voreilendem Strom rührt im wesentlichen von der wattlosen Komponente her.
Die unsymmetrische Verzerrung der Spannungswelle ist unter sonst gleichen Umständen um so geringer, je schmäler die Polschuhe sind, und bei dreiphasigen Maschinen kleiner als bei einphasigen.
Die unsymmetrische Verzerrung besteht in den meisten Fällen hauptsächlich aus Gliedern dritter und neunter Ordnung. Da diese bei dreiphasigen Maschinen aus der verketteten Spannung herausfallen (§ 225), so zeigt die Wellenform der letzteren nur geringe Verzerrung.
Die Glieder höherer Ordnung in der Spannungswelle, wie sie in der Regel durch die Ankerzähne verursacht sind, werden im wesentlichen nur durch den wattlosen Strom beeinflußt, und zwar durch den nacheilenden Strom abgeschwächt, durch den voreilenden verstärkt.
Statt dieses vom Verfasser angegebenen Verfahrens (ETZ 1901, S. 53) hat man früher und auch jetzt noch die Formel E = 4 f v N Z angewendet, wo f den auf S. 454 definierten Formfaktor bedeutet. Diese Formel ist grundsätzlich falsch, denn hier bedeutet Z nicht den Scheitelwert (größten Wert), sondern die mittlere, zwischen den Hauptnullpunkten liegende Ordinate der magnetischen Welle. Bei unsymmetrischen Wellenformen, wie Abb. 400, und bei eingesattelten Wellenformen, wie Abb. 40S, ist dieser Wert kleiner als der Scheitelwert. Nur wenn der Scheitelwert mit der mittleren Ordinate zusammenfallt, erhält man infolge dieses Umstandes aus dieser falschen Formel einen richtigen Wert. Es ist das einer der Gründe, warum der Formfaktor/ vom Verfasser als überflüssig und ungeeignet erklärt, und statt dessen der im obigen Verfahren auftretende Scheitelfaktor eingeführt wurde. Dazu kommt noch, daß man bei diesem Verfahren den arithmetischen Mittelwert nicht auszurechnen braucht, während er zur Ermittlung des /notwendig ist.
Nach einer Aufnahme von Hospitalier mit seinem Wellenzeichner.
Hierauf beruht die Methode von Armagnat (Journal de Phys. 1902 S. 346) zur Analyse von Wellenfötmen, indem durch Einschaltung von veränderlicher Selbstinduktion und Kapazität die einzelnen Glieder nacheinander zur Resonanz gebracht, d. h. so weit verstärkt werden, daß sie meßbar sind, während die amderen sehr klein bleiben.
Über die Wirkungsweise vgl. M. Osnos ETZ 1917, S. 423, „Elektr. u. Maschinenb.“ 1919, S. 45.
Das gilt zunächst für Einphasenmaschinen. Bei Mehrphasenmaschinen geben die zwei bzw. drei Ankerströme eine resultierende MMK, die im idealen Falle eine gleichmäßige, sinusförmige Verteilung im Anker hat (§ 228). Infolgedessen macht sich im Erregerstromkreis einer Mehrphasenmaschine eine Stromverzerrung nur so weit bemerkbar, als die resultierende MMK nicht gleichmäßig verläuft.E
ETZ 1911, S. 54. Goldschmidt gibt aber eine andere Erklärung der Wirkungsweise
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Benischke, G. (1920). Zusammengesetzte Wellenformen. In: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Elektrotechnik. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-26012-8_13
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