Amplitude und Frequenz
Wechselgrößen beschreiben alles, was schwingt – von der Netzspannung an der Steckdose bis zum Sensorsignal an einer CNC-Maschine. Wer Amplitude und Frequenz wirklich versteht, kann Signale lesen, Fehler finden und Geräte richtig beurteilen.
Was ist eigentlich eine Schwingung – und warum ist sie so wichtig?
Eine Schwingung ist eine Größe, die sich zeitlich wiederholt ändert – sie geht hoch, kehrt zurück, geht runter, kehrt zurück, und das immer wieder im gleichen Rhythmus. In der Elektrotechnik ist die häufigste Schwingungsform die Sinusschwingung. Sie entsteht direkt aus der Drehbewegung eines Generators: Wenn sich eine Leiterschleife gleichmäßig in einem Magnetfeld dreht, erzeugt sie eine Spannung, die exakt dem Sinus-Verlauf folgt.
Warum ausgerechnet der Sinus? Weil er die „natürlichste“ Schwingungsform für rotierende Maschinen ist, und weil er beim Transport über lange Leitungen sowie beim Transformieren die geringsten Verluste und Verzerrungen erzeugt. Das gesamte europäische Wechselstromnetz arbeitet deshalb mit sinusförmiger Spannung.
Neben dem Sinus gibt es weitere Schwingungsformen: Rechteck, Dreieck, Sägezahn. Diese entstehen zum Beispiel in Schaltreglern, Frequenzumrichtern oder digitalen Signalquellen. Sie alle lassen sich mathematisch als Summe von Sinusschwingungen beschreiben – das ist die Grundlage der Fourier-Analyse.
Der rote Punkt dreht sich auf dem Kreis. Seine Höhe (y-Position) wird nach rechts „aufgerollt“ – so entsteht die Sinuskurve.
| Form | Typisches Vorkommen | Kennzeichen |
|---|---|---|
| Sinusförmig | Netz, Generator, Sensor | Stetig, kein Knick |
| Rechteckförmig | Digitalsignale, PWM | Sprünge zwischen zwei Pegeln |
| Dreieckförmig | Prüfgeneratoren | Lineare Flanken |
| Sägezahn | Zeitbasis Oszilloskop, Umrichter | Schneller Anstieg, steiler Abfall |
Was beschreibt die Amplitude, und warum kennt man in der Praxis drei verschiedene Werte?
Die Amplitude gibt an, wie weit eine Schwingung von ihrer Mittellage (dem Nullpunkt) maximal ausschlägt. Bei einer Sinusspannung ist das der höchste Spannungswert, den die Kurve erreicht – also der Scheitelwert (auch Spitzenwert oder Peakwert genannt), abgekürzt Û (u-Dach).
Damit sich Techniker und Normen eindeutig verständigen können, unterscheidet man drei Amplitudenangaben:
1. Der Scheitelwert (Û, Î)
Das ist der absolute Maximalausschlag. Wichtig zum Beispiel für die Spannungsfestigkeit von Bauteilen: Ein Kondensator muss den Scheitelwert aushalten, nicht den Effektivwert! Unsere Netzspannung hat einen Effektivwert von 230 V – aber der Scheitelwert liegt bei etwa 325 V. Wer einen Kondensator mit 250 V Spannungsfestigkeit in eine 230-V-Schaltung einbaut, riskiert einen Durchschlag.
- Û
- Scheitelwert (Amplitude) der Spannung in V
- Ueff
- Effektivwert der Spannung in V
2. Der Spitze-Spitze-Wert (USS)
Das ist der Abstand vom negativen zum positiven Scheitelwert. Bei einer symmetrischen Sinusspannung gilt: USS = 2 · Û. Am Oszilloskop ist dieser Wert oft leichter direkt abzulesen als der einseitige Scheitelwert. Bei der 230-V-Netzspannung beträgt USS also 2 × 325 V ≈ 650 V.
3. Der Effektivwert (Ueff, RMS)
Das ist der wichtigste Wert in der Praxis. Der Effektivwert einer Wechselspannung gibt an, wie groß eine Gleichspannung sein müsste, um in einem ohmschen Widerstand dieselbe Wärme zu erzeugen. Deshalb gilt: Alle Leistungsberechnungen mit Wechselstrom werden mit Effektivwerten durchgeführt. Die 230 V aus der Steckdose sind bereits ein Effektivwert.
- Ueff
- Effektivwert (RMS) in V – Grundlage für alle Leistungsrechnungen
- Û
- Scheitelwert (Amplitude) in V
Viele verwechseln Effektivwert und Scheitelwert. Das ist gefährlich bei der Auswahl von Bauelementen: Kondensatoren, Varistoren und Halbleiter müssen immer auf den Scheitelwert ausgelegt sein – bei 230 V Netzspannung also mindestens auf 325 V, in der Praxis mit Sicherheitsreserve auf 400 V oder mehr.
Was bedeutet Frequenz, und wie hängt sie mit der Periodendauer zusammen?
Die Frequenz (Formelzeichen: f, Einheit: Hertz, Hz) gibt an, wie oft eine vollständige Schwingung pro Sekunde abläuft. Macht ein Signal 50 vollständige Schwingungen in einer Sekunde, hat es eine Frequenz von 50 Hz.
Die Periodendauer (Formelzeichen: T, Einheit: Sekunden) ist die Zeit für eine vollständige Schwingung. Frequenz und Periodendauer sind exakt der Kehrwert voneinander:
- f
- Frequenz in Hertz (Hz) = Schwingungen pro Sekunde
- T
- Periodendauer in Sekunden (s)
In der Praxis begegnen einem sehr unterschiedliche Frequenzen. Hier eine Übersicht typischer Werte aus dem Berufsalltag eines Mechatronikers:
| Signal / Gerät | Frequenz | Periodendauer | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Europäisches Stromnetz | 50 Hz | 20 ms | Alle 230/400-V-Geräte |
| Amerikanisches Netz | 60 Hz | 16,7 ms | USA, Kanada, Mexiko |
| Bahnstrom (Österreich/D) | 16⅔ Hz | 60 ms | ÖBB, DB Fernverkehr |
| PWM Frequenzumrichter | 2–16 kHz | 62,5 µs – 0,5 ms | Motorsteuerung |
| Audio-Bereich | 20 Hz – 20 kHz | 50 µs – 50 ms | Lautsprecher, Mikrofon |
| SPS-Taktsignal | 1–100 MHz | 10 ns – 1 µs | Prozessoren, Bussysteme |
Was ist die Kreisfrequenz, und wofür braucht man sie?
Wenn man Schwingungen mathematisch beschreibt, taucht die Frequenz immer zusammen mit dem Faktor 2π auf – weil eine vollständige Schwingung einem vollen Kreis (360° = 2π Radiant) entspricht. Damit man nicht ständig „2π · f" schreiben muss, hat man eine eigene Größe dafür eingeführt: die Kreisfrequenz (auch Winkelfrequenz), abgekürzt mit dem griechischen Buchstaben ω (Omega).
- ω
- Kreisfrequenz in Radiant pro Sekunde (rad/s)
- f
- Frequenz in Hertz (Hz)
- T
- Periodendauer in Sekunden (s)
Die Kreisfrequenz ist keine alternative Messgröße für die Frequenz, sondern ein mathematisches Hilfsmittel. Sie macht die Formel für den Momentanwert kompakter:
- u(t)
- Momentanwert der Spannung zum Zeitpunkt t in V
- Û
- Amplitude (Scheitelwert) in V
- ω
- Kreisfrequenz in rad/s
- t
- Zeit in Sekunden
- φ
- Phasenwinkel (Phasenverschiebung) in Radiant
Aufgabe: Die Netzspannung hat einen Effektivwert von 230 V und eine Frequenz von 50 Hz. Phasenwinkel φ = 0. Wie groß ist die Spannung genau 2,5 ms nach dem Nulldurchgang?
- Û = 230 V · √2 ≈ 325,3 V
- ω = 2π · 50 = 314,16 rad/s
- t = 2,5 ms = 0,0025 s
- u(t) = 325,3 V · sin(314,16 · 0,0025) = 325,3 · sin(0,785 rad) = 325,3 · 0,707 = ≈ 230 V
Das Ergebnis entspricht dem Effektivwert – kein Zufall: Bei t = T/8 = 2,5 ms liegt genau der Effektivwert-Kreuzungspunkt der Sinusfunktion.
Wie liest man Amplitude und Frequenz am Oszilloskop ab?
Das Oszilloskop ist das wichtigste Werkzeug zur Analyse von Wechselsignalen. Es zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf direkt auf einem Bildschirm an: Die y-Achse ist die Spannung (in V/Div), die x-Achse ist die Zeit (in s/Div, ms/Div, µs/Div). Aus diesem Bild lassen sich sowohl Amplitude als auch Frequenz direkt ablesen.
Amplitude ablesen
Man zählt die Rasterkästchen (Divisionen = Div) vom negativen zum positiven Scheitelwert und multipliziert mit der eingestellten V/Div-Einstellung:
Frequenz ablesen
Man zählt die Rasterkästchen für eine vollständige Periode (vom Nulldurchgang bis zum nächsten gleichgerichteten Nulldurchgang) und multipliziert mit der Time/Div-Einstellung. Dann gilt f = 1/T:
- Die Wellenform sollte 2–4 Perioden auf dem Bildschirm zeigen – nicht zu wenige (ungenaue Ablesung), nicht zu viele (überlagerte Perioden).
- Amplitude: Signal sollte 60–80 % der Bildschirmhöhe ausfüllen. Zu klein = Ablesefehler.
- Trigger auf AC-Flanke (steigende Flanke) setzen, damit das Bild stabil steht.
- Bei Netzspannung (230 V): Spannungsteiler-Tastkopf (10:1) verwenden! Damit misst das Oszilloskop nur 1/10 der tatsächlichen Spannung.
Wie entstehen Oberschwingungen, und was richten sie in der Praxis an?
In einer idealen Welt würde das Stromnetz eine perfekte Sinuswelle liefern. In der Realität verändern viele moderne Geräte diese Welle: Frequenzumrichter, Schaltnetzteile, LED-Treiber, Schweißgeräte – alle ziehen Strom nicht gleichmäßig, sondern in kurzen Pulsen. Dadurch entstehen Oberschwingungen (Harmonische): Schwingungen, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz ist.
Bei einem 50-Hz-Netz heißt das: Die 3. Harmonische hat 150 Hz, die 5. Harmonische 250 Hz, die 7. Harmonische 350 Hz usw. Diese Oberschwingungen überlagern sich der Grundschwingung und verzerren die Kurvenform – man spricht von Klirrverzerrung oder THD (Total Harmonic Distortion).
Welche Probleme verursachen Oberschwingungen?
- Erhöhte Erwärmung: In Transformatoren, Kabeln und Motoren erhöhen Oberschwingungen die Verluste überproportional, weil der Widerstand mit steigender Frequenz zunimmt (Skin-Effekt).
- Messfehler: Günstige Multimeter messen nur den Gleichrichtwert und zeigen bei verzerrten Signalen falsche Effektivwerte an (True-RMS-Meter sind nötig).
- Neutralleiter-Überlastung: Bei Drehstromsystemen heben sich symmetrische Grundschwingungen im Neutralleiter auf. Die 3. Harmonische tut das nicht – sie summiert sich. Neutralleiter können so überlastet werden.
- Resonanzen: Kondensatoren in Blindleistungskompensationsanlagen können mit Oberschwingungen in Resonanz geraten und beschädigt werden.
ÖVE/ÖNORM EN 61000-3-2 legt Grenzwerte für Oberschwingungs-Ströme fest, die Geräte in das Netz einspeisen dürfen (für Geräte bis 16 A je Leiter). OVE EN 61000-4-7:2010 definiert die Messverfahren für Oberschwingungen und Zwischenharmonische im Netz. Die Grenzwerte für die Netzspannungsqualität sind in ÖNORM EN 50160 geregelt: Die Spannung darf im Normalbetrieb bei 50 Hz ± 1 % (95 % der Zeit) und ± 4 % (100 % der Zeit) liegen.
Welche Normen regeln Frequenz und Spannungsqualität in Österreich?
In Österreich ist die Qualität des Stromnetzes gesetzlich und normativ geregelt. Wer in der Elektrotechnik arbeitet, muss diese Vorgaben kennen – sowohl für die eigene Sicherheit als auch für die Auslegung von Geräten und Anlagen.
ÖNORM EN 50160 – Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen
Das ist die wichtigste Norm für Anwender. Sie legt fest, welche Qualität die Netzspannung haben muss:
• Nennfrequenz: 50 Hz, Toleranz ±1 % (95 % der Zeit), ±4 % (100 % der Zeit, Inselnetze ±15 %)
• Nennspannung: 230 V (einphasig), 400 V (dreiphasig), Toleranz +10 % / −10 %
• Oberschwingungen: THD ≤ 8 % (95 % der Zeit), Einzelne Harmonische nach Tabelle
OVE EN 61000-4-30:2023 – Messverfahren Spannungsqualität
Legt fest, wie Netzfrequenz, Effektivwert, Flicker, Einbrüche und Oberschwingungen gemessen werden müssen. Verbindlich für alle Qualitätsmessungen im österreichischen Netz.
OVE EN 61000-2-2 – Verträglichkeitspegel Niederspannungsnetze
Gibt Grenzwerte für elektromagnetische Störungen im Frequenzbereich 0–150 kHz in öffentlichen Niederspannungsnetzen (bis 420 V einphasig, 690 V dreiphasig, Nennfrequenz 50 oder 60 Hz) an.
ÖVE/ÖNORM EN 60034 – Drehende elektrische Maschinen
Legt fest, dass Motoren für Frequenzschwankungen von ±2 % ausgelegt sein müssen. Frequenzabweichungen von mehr als 2 % führen bei Asynchronmotoren zu Drehzahl- und Drehmomentänderungen.
ESV 2012 (Elektroschutzverordnung, BGBl. II Nr. 33/2012)
Regelt den sicheren Betrieb elektrischer Anlagen in Österreich. Zusammen mit ÖVE/ÖNORM EN 50110 (Betrieb elektrischer Anlagen) bildet sie die Grundlage für alle Mess- und Instandhaltungsarbeiten.
| Parameter | Grenzwert laut EN 50160 | Prüfzeitraum |
|---|---|---|
| Netzfrequenz (Verbundnetz) | 50 Hz ± 1 % | 95 % einer Woche |
| Netzfrequenz (Verbundnetz) | 50 Hz ± 4 % | 100 % der Zeit |
| Versorgungsspannung | 230 V ± 10 % | 95 % einer Woche |
| THD (Gesamtklirrfaktor) | ≤ 8 % | 95 % einer Woche |
| 3. Harmonische (150 Hz) | ≤ 5 % der Grundschwingung | 95 % einer Woche |
| 5. Harmonische (250 Hz) | ≤ 6 % der Grundschwingung | 95 % einer Woche |
Abschlusstest
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01 Was ist der Unterschied zwischen Scheitelwert, Effektivwert und Spitze-Spitze-Wert? ▸
Der Scheitelwert (Û) ist der maximalste Ausschlag der Spannung vom Nullpunkt in eine Richtung. Er ist die Amplitude der Schwingung. Der Spitze-Spitze-Wert (U_SS) ist der Abstand vom negativen zum positiven Scheitelwert – bei einem symmetrischen Sinus gilt U_SS = 2·Û. Der Effektivwert (U_eff, RMS) ist der Wert, der bei einem Gleichspannungsersatz dieselbe Leistung in einem ohmschen Widerstand erzeugt. Bei reiner Sinusform gilt: U_eff = Û / √2 ≈ Û · 0,707. In der Praxis arbeitet man fast immer mit Effektivwerten (z.B. 230 V Netzspannung). Für die Auslegung von Bauteilen (Kondensatoren, Varistoren) muss aber immer der Scheitelwert berücksichtigt werden.
02 Wie berechnet man die Frequenz aus dem Oszilloskop-Bild? ▸
Man zählt die Rasterkästchen (Divisionen) für eine vollständige Periode auf der x-Achse und multipliziert mit der eingestellten Zeit pro Division (Time/Div). Das ergibt die Periodendauer T. Die Frequenz ist der Kehrwert: f = 1/T. Beispiel: 4 Divisionen bei 5 ms/Div → T = 20 ms → f = 1/0,02 s = 50 Hz. Moderne Digitaloszilloskope zeigen Frequenz und Periode auch direkt als Messwert an – diese automatische Messung mittelt über mehrere Perioden und ist genauer als das manuelle Abzählen.
03 Was ist die Kreisfrequenz, und warum braucht man sie? ▸
Die Kreisfrequenz ω (Omega) ist das Produkt aus der Frequenz f und dem Faktor 2π: ω = 2π · f. Sie wird in Radiant pro Sekunde (rad/s) angegeben. Man braucht sie, weil eine vollständige Schwingung einem vollen Kreis (360° = 2π Radiant) entspricht. In der Formel für den Momentanwert u(t) = Û · sin(ω · t + φ) ist ω ein Pflichtbestandteil. Bei 50 Hz: ω = 2π · 50 ≈ 314 rad/s. Die Kreisfrequenz ist kein eigenständig messbarer Wert – sie ist ein Rechenhilfsmittel, das die Mathematik der Schwingungen erheblich vereinfacht.
04 Was sind Oberschwingungen, und welche Probleme verursachen sie? ▸
Oberschwingungen (Harmonische) sind Schwingungen, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz (50 Hz) ist. Im 50-Hz-Netz sind das 100 Hz (2.), 150 Hz (3.), 250 Hz (5.) usw. Sie entstehen durch nichtlineare Verbraucher: Frequenzumrichter, Schaltnetzteile, LED-Treiber, Gleichrichter. Probleme: erhöhte Erwärmung von Kabeln, Transformatoren und Motoren (Skin-Effekt); Messfehler bei einfachen Multimetern (kein True-RMS); Überlastung des Neutralleiters (3. Harmonische summiert sich im Drehstromsystem); Resonanzgefahr bei Kompensationsanlagen. Die Grenzwerte regelt in Österreich ÖNORM EN 50160: THD max. 8 %.
05 Was ist ein True-RMS-Messgerät, und wann brauche ich es? ▸
Ein True-RMS-Messgerät (True Root Mean Square) berechnet den echten mathematischen Effektivwert: Es quadriert jeden Momentanwert, bildet den zeitlichen Mittelwert, und zieht die Wurzel. Das funktioniert für jede Kurvenform – auch für verzerrte, rechteckige oder sägezahnförmige Signale. Ein günstiges Multimeter dagegen misst nur den Gleichrichtwert und multipliziert mit dem Sinus-Formfaktor 1,11 – das ergibt nur bei reiner Sinusform den richtigen Effektivwert. True-RMS ist immer dann nötig, wenn Frequenzumrichter, Schaltnetzteile oder andere nichtlineare Lasten im Spiel sind – also fast immer in der modernen Industrie.
06 Warum hat Österreich 50 Hz Netzfrequenz? Welche Konsequenzen hat das? ▸
Die 50-Hz-Frequenz im europäischen Verbundnetz ist historisch gewachsen und hat sich als technisch günstig für Generatoren, Transformatoren und Motoren erwiesen. Konsequenzen: Alle in Europa hergestellten Geräte (Motoren, Trafos, Ladegeräte) sind auf 50 Hz ausgelegt. Asynchronmotoren drehen mit einer von 50 Hz abhängigen Synchrondrehzahl (z.B. 3.000 U/min bei 2 Polen). Geräte aus den USA (60 Hz) funktionieren in Österreich oft nicht korrekt: Motoren drehen langsamer, Zeitmessungen (manche alten Uhren) laufen falsch. Die zulässige Frequenzabweichung im Verbundnetz ist laut ÖNORM EN 50160 auf ±1 % (±0,5 Hz) für 95 % der Zeit begrenzt.
07 Wie berechnet man den Momentanwert einer Sinusspannung? ▸
Die allgemeine Formel für den Momentanwert ist: u(t) = Û · sin(ω · t + φ). Û ist der Scheitelwert (Amplitude), ω = 2π · f die Kreisfrequenz, t die Zeit in Sekunden, und φ der Phasenwinkel (oft 0, wenn der Nulldurchgang bei t = 0 liegt). Beispiel: 230-V-Netz, f = 50 Hz, φ = 0, gesucht: u(t) bei t = 5 ms. Û = 230 · √2 ≈ 325 V; ω = 314 rad/s; u(0,005) = 325 · sin(314 · 0,005) = 325 · sin(1,57) = 325 · 1 = 325 V. Bei t = 5 ms (= T/4) liegt genau der Scheitelwert.
08 Welche Norm regelt die Spannungsqualität in österreichischen Netzen? ▸
Die wichtigste Norm ist ÖNORM EN 50160 „Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen". Sie regelt die Nennfrequenz (50 Hz, Toleranz ±1 % / ±4 %), die Nennspannung (230 V / 400 V, Toleranz ±10 %), den zulässigen THD (≤ 8 %), sowie Grenzwerte für einzelne Harmonische, Flicker, Einbrüche und Unterbrechungen. Für die Messung dieser Parameter gilt OVE EN 61000-4-30. Grenzwerte für Oberschwingungsströme von Geräten regelt EN 61000-3-2. Alle Normen sind beim Austrian Standards Institute (ASI) bzw. beim OVE erhältlich.
09 Was ist Phasenverschiebung, und wie entsteht sie? ▸
Phasenverschiebung bedeutet, dass zwei gleichfrequente Schwingungen zeitlich versetzt zueinander sind. Sie entsteht durch Induktivitäten (Spulen) und Kapazitäten (Kondensatoren): Bei einer Spule eilt der Strom der Spannung um 90° nach; bei einem Kondensator eilt der Strom der Spannung um 90° vor. In realen Schaltungen treten Kombinationen dieser Effekte auf – der Phasenwinkel liegt dann zwischen 0° und 90°. Die Phasenverschiebung ist wichtig für Leistungsberechnungen: Nur bei φ = 0° wird reine Wirkleistung umgesetzt. Für größere φ sinkt der Leistungsfaktor cos(φ), was zu Blindleistung und höheren Strömen bei gleicher Nutzleistung führt.
10 Warum ist die Sinusform für Energieübertragung besonders geeignet? ▸
Die Sinusform hat mehrere entscheidende Vorteile: 1. Sie entsteht direkt aus der gleichmäßigen Drehbewegung von Generatoren – ohne zusätzliche Erzeugungstechnik. 2. Sie enthält keine Oberschwingungen – nur eine einzige Frequenz. Damit entstehen keine zusätzlichen Verluste durch Skin-Effekte oder Resonanzen. 3. Sie lässt sich mit Transformatoren problemlos in andere Spannungslagen umwandeln. 4. Sie ist mathematisch am besten beherrschbar: Alle linearen Schaltungselemente (R, L, C) reagieren auf Sinussignale mit derselben Frequenz – nur Amplitude und Phase ändern sich. Bei anderen Kurvenformen (Rechteck, Sägezahn) entstehen Oberschwingungen, die aufwändig gefiltert werden müssen.
Formelsammlung
- u(t)
- Momentanwert in V
- Û
- Scheitelwert (Amplitude) in V
- ω
- Kreisfrequenz in rad/s
- t
- Zeit in s
- φ
- Phasenwinkel in rad
- Ueff
- Effektivwert (RMS) in V
- Û
- Amplitude (Scheitelwert) in V
- f
- Frequenz in Hz
- T
- Periodendauer in s
- ω
- Kreisfrequenz in rad/s
- f
- Frequenz in Hz
- T
- Periodendauer in s
- USS
- Spitze-Spitze-Spannung in V
- Û
- Amplitude (einseitiger Scheitelwert) in V
- Divx
- Kästchen horizontal (für eine Periode)
- Divy
- Kästchen vertikal (Spitze–Spitze)
- kS
- Scheitelfaktor (Crest Factor), dimensionslos
- Hinweis
- Gilt nur für reine Sinusspannung
- fn
- Frequenz der n-ten Harmonischen in Hz
- n
- Ordnungszahl (2, 3, 4, 5, …)
- f1
- Grundfrequenz in Hz (z.B. 50 Hz)
Glossar
- Amplitude – Der maximale Ausschlag einer Schwingung vom Nullpunkt. Bei Wechselspannungen entspricht die Amplitude dem Scheitelwert Û.
- Effektivwert (RMS) – Root Mean Square. Der Quadratische Mittelwert eines Wechselsignals. Entspricht jener Gleichspannung, die dieselbe Heizleistung in einem Widerstand erzeugt. Netzspannung 230 V ist ein Effektivwert.
- Fourier-Analyse – Mathematisches Verfahren zur Zerlegung beliebiger periodischer Schwingungen in ihre Sinusanteile (Grundschwingung + Oberschwingungen). Basis für FFT in Digitaloszilloskopen.
- Frequenz (f) – Anzahl der vollständigen Schwingungen pro Sekunde. Einheit: Hertz (Hz). Im Stromnetz: 50 Hz.
- Gleichrichtwert – Der arithmetische Mittelwert des Betrages einer Wechselspannung. Bei Sinusspannung: 0,637 · Û. Einfache Multimeter messen den Gleichrichtwert.
- Harmonische – Oberschwingung; eine Schwingung mit einer Frequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz ist. Die 3. Harmonische im 50-Hz-Netz hat 150 Hz.
- Hertz (Hz) – Einheit der Frequenz. Benannt nach dem deutschen Physiker Heinrich Hertz. 1 Hz = 1 Schwingung pro Sekunde.
- Kreisfrequenz (ω) – Produkt aus 2π und der Frequenz. Einheit: rad/s (Radiant pro Sekunde). Rechenhilfsmittel für Momentanwertberechnungen.
- Oberschwingungen – Sinusförmige Anteile eines Signals mit Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind. Entstehen durch nichtlineare Verbraucher wie Frequenzumrichter.
- ÖNORM EN 50160 – Österreichische Norm für die Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen. Legt Grenzwerte für Frequenz, Spannung und Oberschwingungen fest.
- Oszilloskop – Messinstrument zur grafischen Darstellung elektrischer Spannungsverläufe über die Zeit. Zeigt Amplitude (y-Achse) und Zeit (x-Achse) direkt an.
- Periodendauer (T) – Zeit für eine vollständige Schwingung. Kehrwert der Frequenz: T = 1/f. Bei 50 Hz: T = 20 ms.
- Phasenverschiebung (φ) – Zeitlicher Versatz zweier gleichfrequenter Signale, angegeben als Winkel in Grad oder Radiant. Entsteht durch Induktivitäten und Kapazitäten.
- Scheitelwert (Û) – Der Maximalwert einer Sinusspannung (Amplitude). Û = U_eff · √2. Maßgebend für die Auslegung von Bauelementen (Isolation, Kondensatoren).
- Scheitelfaktor (Crest Factor) – Verhältnis von Scheitelwert zu Effektivwert. Bei reiner Sinusform: √2 ≈ 1,414. Bei verzerrten Signalen höher.
- Schwingung – Zeitlich sich wiederholende Änderung einer physikalischen Größe um einen Mittelwert. In der Elektrotechnik meistens periodische Wechselspannungen oder -ströme.
- Skin-Effekt – Bei hohen Frequenzen fließt der Strom bevorzugt an der Leiteroberfläche. Der effektive Querschnitt sinkt, der Widerstand steigt. Relevant bei Oberschwingungen.
- Spitze-Spitze-Wert (U_SS) – Abstand zwischen negativem und positivem Scheitelwert. Bei Sinusspannung: U_SS = 2 · Û. Am Oszilloskop direkt ablesbar.
- THD (Total Harmonic Distortion) – Gesamtklirrfaktor. Prozentualer Anteil aller Oberschwingungen an der Grundschwingung. Laut ÖNORM EN 50160 im Netz max. 8 %.
- True-RMS-Messgerät – Messgerät, das den echten quadratischen Mittelwert berechnet – unabhängig von der Kurvenform. Notwendig bei verzerrten Signalen.
- Wechselspannung – Elektrische Spannung, die periodisch ihre Polarität wechselt. Gegensatz: Gleichspannung. Im europäischen Netz: 230 V / 50 Hz (sinusförmig).
Stand & Quellen
Fachlich geprüft vor Veröffentlichung. Normenstände beim Austrian Standards Institute (ASI) und OVE aktuell halten.
- ÖNORM EN 50160:2020 – Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen
- OVE EN 61000-4-30:2023 – Verfahren zur Messung der Spannungsqualität
- OVE EN 61000-2-2:2020 – Verträglichkeitspegel Niederspannungsnetze
- ÖVE/ÖNORM EN 61000-4-7:2010 – Messung von Oberschwingungen
- ÖVE/ÖNORM EN 60034 – Drehende elektrische Maschinen
- ESV 2012 (Elektroschutzverordnung, BGBl. II Nr. 33/2012)
- Austrian Standards Institute (ASI): www.austrian-standards.at
- OVE – Österreichischer Verband für Elektrotechnik: www.ove.at
Kursstand: April 2025