Arten von Widerständen bei Wechsel- und Gleichstrom
Einleitung:
Im Gleichstromkreis gibt es nur den Ohmschen Widerstand. Bei Wechselstrom tritt dieser ebendso in Erscheinung und ist mit einer Erwärmung verbunden, die bei allen Energieumformungen vorhanden ist und oft einen Verlust der Wärme darstellt. Daher wird versucht, den Widerstand der Wicklungen in Geräten und vor allem die Stromstärke klein zu halten. In der Schwachstrom Elektrotechnik kommen weiterhin die Schichtwiderstände hinzu, die eine Metallschicht anstelle einer Drahtwicklung aufweisen.
1. Induktiver Widerstand
Hierbei fliesst Wechselstrom durch eine Leitspule, so wird in dieser Spule von dem entstehenden Wechselfeld eine zusätzliche Spannung induziert, so dass es zu einer Widerstandsänderung kommt. Diese Spannung ist der angelegten Spannung entgegengesetzt und verzögert die Stromstärke im Stromkreis, so dass eine zeitliche Phasenverschiebung entsteht und die Stromstärke der Spannung nacheilt. Wird der Ohmsche Widerstand der Spule vernachlässigt, so beträgt der Phasenwinkel 90 Grad. Man spricht hierbei dann von einem rein induktiven Widerstand. Dieser hängt vom Selbstinduktionskoeffizienten ab, der sich aus der Windungszahl und den Daten des magnetischen Kreises bestimmen lässt.
Wicklungen elektrischer Maschinen und Geräte haben wegen des Eigenkreises einen hohen induktiven Widerstand. Ihr Ohmscher Widerstand kann dabei aber nicht vernachlässigt werden. Bauelemente mit reinem induktivem Widerstand heissen Induktivitäten oder, vor allem mit Eisenkern, auch Drosselspulen, weil diese in Anlagen der Energieversorger zur Stromstärkebegrenzung eingesetzt werden.
2. Kapazitiver Widerstand
Dieser wird an zwei durch einen Isolierstoff getrennte Leiterplatten durch eine Gleichspannung gelegt, so fliesst nur so lange Strom, bis beide Platten ein und dieselbe Spannung aufweisen. Das heisst, die am Pluspol liegende Platte wird positiv, die mit dem Minuspol verbundene Platte wird negativ aufgeladen. Bei Wechselstrom dagegen werden die Platten im Rhythmus der Frequenz geladen und entladen. Die Elektrizitätsmenge auf den Platten ist hierbei der augenblicklichen Spannung proportional. Die zeitliche Änderung der Elektrizitätsmenge ist damit der zeitlichen Änderung der Spannung proportional. Sie durchläuft ihr Maximum, wenn die Spannung ansteigend durch Null geht, und eilt damit bei rein kapazitivem Widerstand um 90 Grad der Spannung voraus.
Der kapazitive Widerstand hängt von der Kapazität, die sich aus den Abmessungen und dem Abstand der Platten sowie den Eigenschaften des Dielektrikums berechnen lässt, und der Kreisfrequenz ab. Bauelemente mit kapazitivem Widerstand heißen Kapazität oder Kondensatoren. In Stromkreisen treten drei Wechselstromwiderstände sowohl in Reihe als auch in Parallelschaltung auf. Die dabei entstehenden Einzelspannungen und Stromstärken haben unterschiedliche Grössen und eine zeitliche Phasenverschiebung, die noch besser aus einem Zeigerbild hervorgeht, in dem die Zeigergrößen nur den Maximalenwert der Wechselgröße und ihren zeitlichen Phasenwinkel wiedergeben. Die einzelnen Grössen sind heirbei nicht mehr arithmetisch, sondern entsprechend ihrer Phasenverschiebung geometrisch zu addieren.
Autor: Mario Lenitz