Dreieckschaltung (Δ)

Bei der Dreieckschaltung werden die drei Wicklungen so verbunden, dass das Ende der einen Wicklung mit dem Anfang der nächsten zusammengeschlossen wird. Es entsteht ein geschlossener Ring in Form eines Dreiecks. An den drei Eckpunkten dieses Dreiecks werden die drei Außenleiter L1, L2 und L3 angeschlossen.

Konkret bedeutet das für die genormten Klemmenbezeichnungen bei einem Drehstrommotor:

• W2 wird mit U1 verbunden — hier kommt L1 an
• U2 wird mit V1 verbunden — hier kommt L2 an
• V2 wird mit W1 verbunden — hier kommt L3 an

Einen Neutralleiter gibt es nicht. Das ist auch nicht möglich: Im Dreieck existiert kein gemeinsamer Punkt der drei Wicklungen, an dem ein N-Leiter angeschlossen werden könnte. Das ist der wesentliche bauliche Unterschied zur Sternschaltung, bei der genau dieser gemeinsame Punkt — der Sternpunkt — als möglicher N-Anschluss vorhanden ist.

Das Schaltungssymbol ist der griechische Großbuchstabe Δ (Delta) — daher der Name.

Am Klemmbrett eines Drehstrommotors sind die sechs Wicklungsenden in zwei versetzten Reihen angeordnet:

Diese versetzte Anordnung ist kein Zufall. Sie ist genau so gewählt, dass mit drei senkrechten Brücken — jeweils zwischen einer oberen und der direkt darunterliegenden unteren Klemme — die Dreieckschaltung entsteht. Eine Brücke verbindet W2 mit U1, eine V1 mit U2 und eine W1 mit V2. Genau die drei Verbindungen, die das Dreieck schließen. Die drei Außenleiter werden auf die unteren Klemmen U1, V1, W1 aufgelegt.

Die motorspezifischen Details zur Schaltungsumstellung am Klemmbrett behandelt der Beitrag Schaltungsarten Stern und Dreieck am Motor.

In einer Drehstromschaltung gibt es immer zwei Sorten von Spannung, die man auseinanderhalten muss.

Die Strangspannung liegt über einer einzelnen Wicklung. Sie ist die Spannung, mit der die Wicklung im Betrieb belastet wird. Die Belastung jeder Wicklung hängt direkt von der Strangspannung ab.

Die Außenleiterspannung liegt zwischen zwei Außenleitern. Sie ist die Spannung, die im Netz vorhanden ist — bei der üblichen Netzform in Österreich beträgt sie 400 V.

Bei der Dreieckschaltung liegt jede Wicklung direkt zwischen zwei Außenleitern. Die Spannung an einer Wicklung ist damit nichts anderes als die Spannung zwischen den beiden Außenleitern, an die sie angeschlossen ist:

An einem 400-V-Netz liegt also an jeder Wicklung die volle Spannung von 400 V an.

Das ist der entscheidende Unterschied zur Sternschaltung. Dort ist jede Wicklung zwischen Außenleiter und Sternpunkt geschaltet, und die Strangspannung beträgt nur den √3-ten Teil der Außenleiterspannung — also 230 V bei einem 400-V-Netz. Die Konsequenz im Dreieck: Jede Wicklung muss für die volle Außenleiterspannung ausgelegt sein. Steht auf dem Typenschild eines Motors zum Beispiel „400 V Δ / 690 V Y“, dann ist die Wicklung für 400 V Strangspannung gebaut. Am 400-V-Netz wird er im Dreieck betrieben; am 690-V-Netz wäre nur die Sternschaltung möglich.

Beim Strom ist es im Dreieck genau umgekehrt zur Spannung — sie sind nicht gleich, sondern unterscheiden sich um den Faktor √3.

Der Strangstrom fließt durch eine einzelne Wicklung. Er ist die Belastung, die jede Wicklung tatsächlich abbekommt.

Der Außenleiterstrom fließt in der Zuleitung, also durch L1, L2 oder L3. Er ist der Strom, den der Motorschutzschalter sieht und den der Stromzähler erfasst.

An jedem der drei Eckpunkte des Dreiecks treffen sich zwei Strangströme und ein Außenleiterstrom. Würden die Strangströme zur gleichen Zeit gleich groß sein, wäre die Sache einfach: Der Außenleiterstrom wäre genau der doppelte oder gar null. Genau das ist aber nicht der Fall. Die drei Strangströme im Dreieck sind um jeweils 120° gegeneinander phasenverschoben — sie erreichen ihre Maxima zu verschiedenen Zeitpunkten. Deshalb müssen die Ströme im Knoten nicht arithmetisch, sondern vektoriell verrechnet werden.

Das Ergebnis dieser vektoriellen Verrechnung ist sauber:

Anders herum:

I_Strang = I_Außenleiter / √3

Anschaulich wird das im Zeigerdiagramm. Die beiden Strangströme, die im Knoten zusammenkommen, werden als Pfeile gleicher Länge eingezeichnet — der eine fließt in den Knoten hinein, der andere fließt heraus. Wegen der 120°-Phasenverschiebung liegt zwischen ihnen ein Winkel von 60° (wenn man den einen Zeiger umdreht, weil er ja entgegengesetzt zählt). Die Differenz dieser beiden Zeiger — und das ist nach der Knotenregel der Außenleiterstrom — wird über das Kräfteparallelogramm gebildet und hat exakt die √3-fache Länge eines einzelnen Strangstrom-Zeigers.

Wer beide Schaltungen direkt nebeneinander stellt, sieht das Muster sofort: Was im Stern für die Spannung gilt, gilt im Dreieck für den Strom — und umgekehrt. Die folgende Übersicht hält die wichtigsten Unterschiede fest:

Die Dreieckschaltung wird gewählt, wenn der Verbraucher für die volle Außenleiterspannung des Netzes ausgelegt ist. Bei einem Drehstrommotor mit Typenschildangabe „400 V Δ“ ist die Wicklung für 400 V gemacht — am österreichischen 400-V-Netz wird er also im Dreieck betrieben. Dasselbe gilt für viele Heizwiderstände und Großverbraucher: Sie werden ohne Neutralleiter direkt an L1, L2, L3 angeschlossen. Außerdem liefert ein Motor im Dreieck am gleichen Netz das dreifache Drehmoment und die dreifache Leistung wie im Stern — der Strangstrom ist nicht reduziert, sondern voll. Genau diesen Unterschied macht sich der Stern-Dreieck-Anlauf zunutze, um große Asynchronmotoren strombegrenzt zu starten; Details dazu im Beitrag Stern-Dreieck-Schaltung.

Die Berechnung der Wirk-, Blind- und Scheinleistung im Drehstromsystem folgt einer eigenen Systematik; die zugehörige Formel P = √3 · U · I · cos φ und ihre Anwendung behandelt der Beitrag Drehstromleistung.