Quelltext der Seite Stromflusswinkel

Der '''Stromflusswinkel''' ist ein Begriff aus der Elektrotechnik und bezeichnet besonders bei [[Netzspannung]]s-[[elektrischer Verbraucher |Verbrauchern]] die Zeitspanne, während der periodisch ein Strom fließt, wenn er nicht während der gesamten [[Periodendauer]] der [[Wechselspannung]] fließt. In Analogie zum [[Phasenverschiebung]]swinkel wird diese Zeitspanne als Stromflusswinkel angegeben. Seine Anwendung findet er beispielsweise bei der Erklärung von [[Gleichrichter]]- und [[Thyristor]]schaltungen.

== Angaben, Anforderungen ==
Ist ein Strom von einem Zeitpunkt <math>t_1</math> bis zu einem Zeitpunkt <math>t_2</math> eingeschaltet (bei netzsynchroner Wiederholung), so ist bei einer Periodendauer <math>T</math> der Netzspannung der Stromflusswinkel <math>\Phi</math> definiert<ref>Karl Küpfmüller: ''Einführung in die theoretische Elektrotechnik'', 1984</ref> über die [[Phasenwinkel]] <math>\varphi(t)</math> durch
:<math>\Phi= \varphi(t_2) -\varphi(t_1) =\frac{360^\circ}T (t_2-t_1)</math>.
Er kann bei [[Einphasenwechselstrom]] im Prinzip 0 … 180° betragen,<ref>Johann Siegl: ''Schaltungstechnik – analog und gemischt analog-digital'', 2005</ref><ref> Wolfgang Böge, Wilfried Plassmann: ''Vieweg Handbuch Elektrotechnik'', 2007</ref> wobei sich die Grenzbereiche mit Thyristoren schaltungstechnisch nicht leicht realisieren lassen.<ref>Herbert Bernstein: ''Werkbuch Mechatronik'', 2007</ref> Je nach Schaltung kann der Strom aber bereits nach 180° periodisch sein. In diesem Fall bedeutet ein Winkel von 180° einen nichtlückenden Betrieb.<ref>Joachim Specovius: ''Grundkurs Leistungselektronik'', 2009</ref>

Stromflusswinkel < 180° bedeuten eine Unterbrechung des Stroms. Sie treten bei nichtlinearen Verbrauchern auf. Dazu gehören Gleichrichter, Dimmer, Thyristorsteller oder Gasentladungslampen.

Genaugenommen müsste man noch die Schwelle (Stromstärke) angeben, ab der man „Strom fließt“ definiert. Diese ist nicht einheitlich festgelegt; für die meisten Anwendungen ist der Zeitpunkt des Übergangs vom Sperrstrom zum Durchlassstrom oder umgekehrt für den Stromflusswinkel ausreichend scharf angebbar.

Bei gleicher [[Leistung (Physik) |Leistung]] am Verbraucher belastet ein Strom mit geringem Stromflusswinkel die Leitungen oder auch Transformatoren viel stärker als Strom mit sinusförmigem Verlauf, weshalb man einen möglichst ''großen'' Stromflusswinkel anstrebt. Andererseits will man in Gleichrichterschaltungen eine geringe [[Restwelligkeit]] erreichen, wozu man einen ''geringen'' Stromflusswinkel anstrebt. Im zweiten Fall wählt man das Produkt aus Verbraucherwiderstand und Kapazität möglichst groß (<math>RC\gg \frac T2</math> =&nbsp;10&nbsp;ms im 50-Hz-Netz).

== Beispiele ==
[[Datei:Gleichrichter-Schaltung.svg|mini| Typische Gleichrichterschaltung mit Transformator&nbsp;T (nur Sekundärwicklung), Gleichrichter&nbsp;G, Glättungskondensator&nbsp;C, Verbraucher&nbsp;R]]
[[Datei:Gleichrichter-Stromfluss.svg|mini| Typischer Spannungsverlauf am Verbraucher R <br />Rot: C wird von T geladen <br />Blau: C wird von R entladen]]
;Gleichrichter mit angeschlossenem [[Glättungskondensator]]
:Da der Kondensator nur nachgeladen werden kann, wenn die Augenblickspannung der sinusförmigen Eingangsspannung (Netzspannung oder Sekundärspannung eines Transformators) größer ist als die Kondensatorspannung, muss in dieser kurzen Zeit die gesamte Leistung aus dem Netz gezogen werden. Der Strom im Transformator und Gleichrichter ist also für kurze Zeit sehr hoch und für den Rest der Zeit null.
:Im Bild zum Spannungsverlauf ist der zugehörige Stromflusswinkel mit <math>\alpha</math> gekennzeichnet; er beträgt dort ca. 30°; nur für etwa ein Sechstel der Zeit fließt Strom, der dann im [[Scheitelwert]] weit mehr als das Sechsfache des [[Gleichwert]]es am Verbraucher annimmt.
:Auf der Eingangsseite entstehen größere Verluste, da der Effektivwert des Stromes dessen [[Gleichrichtwert]] umso mehr überragt, je ausgeprägter die Stromspitze wird. Bei gegebenen ohmschen Widerständen (Netz- und ggf. Transformator-Innenwiderstand) steigt die Verlustleistung mit dem Quadrat des Strom-Effektivwertes an.
:Es entstehen [[Oberschwingungen]] und damit [[Verzerrungsblindleistung]]. Abhilfe schafft eine [[Leistungsfaktorkorrektur]] (PFC) oder im einfachsten Fall eine [[Drossel (Elektrotechnik)|Drossel]] / [[Spule (Elektrotechnik)|Spule]] vor oder nach dem Gleichrichter.
;[[Thyristorsteller]] bzw. Triacsteller oder [[Dimmer]] ([[Phasenanschnittsteuerung]])
:Die Verstellung des Stromflusswinkels dient hier der Leistungssteuerung. Allzu große Spitzenströme werden mit Drosseln vermieden.

== Siehe auch ==
*[[Scheitelfaktor]]
*[[Tastgrad]] (für pulsierenden Gleichstrom)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektrische Energietechnik]]