Power-Factor | aus Forum Physik

7 Antworten zu dieser Frage

Antwort von nach einer Stunde hilfreich

Re: Power-Factor

vl ist es sowas ähnliches, wie der Wirkungsgrad, aber das ist nur mal so eine idee.

mfg!

BStefan [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Antwort von nach 4 Stunden hilfreich

Re: Power-Factor

Hi !

Aus fast allen Steckdosen kommt Wechselstrom. Das heisst, es gibt keinen festen Minus- und Pluspol wie z.B. bei einer Batterie. Sondern die Spannungspole wechseln rasch hin und her. Das hängt mit der Erzeugung der Elektroenergie im Kraftwerk zusammen, wo mechanische Energie (Wind, heisser Dampf, Wasserkraft) einen Generator antreibt. Der Generator ist das Gegenstück zu einem Elektromotor. Dort drehen sich eine oder mehrere Leiterwicklungen in einem Magnetfeld. Durch die Drehung im Magnetfeld wird in der Leiterwicklung eine Spannung induziert. Diese Spannung ist jedoch nicht gleichbleibend, sondern wechselt entsprechend der Drehung des Generators mehrfach innerhalb von Sekundenbruchteilen (Wechselspannung). Aufgrund der Kreisbewegung der Leiterwicklung im Generator hat die Spannungskurve die Gestalt einer Cosinuskurve. Einer Umdrehung des Generators entspricht eine Phase der sich wiederholenden Cosinuskurve. Wird mit der Wechselspannung ein elektrisches Gerät betrieben, das nur einen Ohmschen Widerstand besitzt, z.B. eine Glühbirne, dann ist enstprechend dem Ohmschen Gesetz der fliessende Strom stets der gerade anliegenden Spannung proportional. Würden Spannung und Stromstärke für solch einen "Ohmschen Verbraucher" wie eine Glühbirne in ein und dasselbe Diagramm eingezeichnet, so würde man zwei Cosinuskurven erhalten, die synchron zueinander laufen, d.h. wo die Spannung ihre Minimal- oder Maximalwerte durchlaufen würde, würde dies gerade auch die Stromstärke tun. Die Leistungskurve (wichtig für den elektrischen Energieverbrauch), das mathematische Produkt aus diesen beiden synchronen Kurven, wäre ein regelmässiges Auf und Ab. Und - das ist besonders wichtig - diese Leistungskurve am elektrischen Verbraucher würde mit der Leistungskurve der eingespeisten Elektroenergie übereinstimmen. Für die Stromrechnung bedeutet das, dass man gerade soviel gelieferte Energie bezahlen müsste, wie man auch genutzt hat.

Es gibt aber auch elektrische Verbrauchsgeräte, die aufgrund ihrer speziellen Beschaffenheit ausser ihrem Ohmschen Widerstand eine Eigenschaft haben, die man induktiven oder kapazitiven Widerstand nennt. Solche Geräte enthalten Bauteile, welche sich gegenüber der anliegenden Wechselspannung nicht so "gleichgültig" verhalten wie eine Glühbirne mit ihrem Ohmschen Widerstand, die einfach nur proportional zur anliegenden Spannung aufleuchtet (ganz so einfach ist es in Wirklichkeit bei der Glühbirne aber auch nicht). Solche Geräte bzw. Bauteile sind z.B. Motoren und elektrische Spulen (induktiver Widerstand) oder Kondensatoren (kapazitiver Widerstand). Würde man bei solchen Verbrauchsgeräten Spannung und Stromstärke messen und in das gleiche Diagramm eintragen, wären beide Cosinus-Kurven nicht mehr zueinander synchron, sondern gegeneinander verschoben. Diesen Effekt nennt man die Phasenverschiebung. Die Phasenverschiebung wirkt sich erheblich auf die Form der wirklichen Leistungskurve (Wirkleistungskurve) des betreffenden Gerätes aus, die ja das Produkt aus der wirklichen Spannungs- und wirklichen Stromstärkekurve (am Gerät) ist. Mathematisch gesehen ist die unter der Wirkleistungskurve liegende Fläche ein Masz für die wirklich genutze Energie (Wirkarbeit) - das Produkt bzw. Integral der Wirkleistung mit der (über die) Zeit. Sie ist kleiner als die scheinbar gelieferte Leistung (Scheinleistung) ohne Berücksichtigung der Phasenverschiebung, für die man als Energiekunde bezahlen muss. Den Quotienten aus Wirkleistung und Scheinleistung nennt man den Leistungsfaktor bzw. Power-Factor oder auch cos PHI wobei PHI die Grösse der Phasenverschiebung ist.

COS PHI kann durch Spannungs- und Stromstärkemessungen und Berechnung des genannten Quotienten bestimmt werden. Falls für bestimmte Bauteile die Grössen Induktivität bzw. Kapazität bekannt sind, lässt sich daraus unter Berücksichtigung weiterer Grössen ebenfalls der zu erwartende Leistungsfaktor berechnen. Formeln dafür gibt es in Formelsammlungen.

Vor allem Grossabnehmer von Energie wünschen sich einen guten Power-Factor. Zur Verbesserung von COS PHI gibt es spezielle Geräte (Automatic Power Factor Correction Systems).

Ich hoffe, es hilft.

Torsten Theisinger [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Antwort von nach 7 Stunden hilfreich

Re^2: Power-Factor

das wäre ja ein starkes Stück, wenn ich für Blindleistung bezahlen müßte. Nochmal ganz kurz:
der Power-Faktor ( Leistungsfaktor ) gibt das Verhältniss von Schein- und Wirkleistung an und ist im Idealfall ( ohmscher Widerstand ) gleich 1. Wenn er kleiner ist, verursacht das zwar mehr Leitungsverluste, aber das ist grundsätzlich erst mal das Problem des Energieversorgers. der Wechselstromzähler mißt und wir bezahlen grundsätzlich nur die Wirkleistung, also die Leistung die tatsächlich auch dem Stromnetz entzogen wird. Damit keine zu großen Energieverluste im Versorgungsnetz auftreten, müssen Großabnehmer natürlich dafür sorgen, daß der Leistungsfaktor möglichst 1 ist.

Jörg
- Antwort von nach einem Tag hilfreich
  
  Re^3: Power-Factor
  
  Es ist richtig, dass nur die Energie bezahlt werden muss, die auch dem Netz entzogen wird.
  
  Wenn jedoch ein Abnehmer Geräte mit induktivem oder kapazitivem Widerstand betreibt, so ist die Wirkleistung dieser Geräte kleiner als die dem Netz entnommene Leistung. Die Differenz wird in elektromagnetische Felder investiert, die der Nutzer in der Regel gar nicht beabsichtigt.
  
  Einen vergleichbaren Effekt gibt es übrigens auch bei ohmschen Widerständen, zum Beispiel bei Glühlampen. Wenn es sich nicht gerade um eine Wärmelampe für das Ausbrüten von Eiern handelt, hat es der Nutzer ja eigentlich nur auf das Licht abgesehen. Aber ein erheblicher Teil der dem Netz entnommenen Energie (Leistung) wird in Wärme umgewandelt. Der Wirkungsgrad der Lampe, die eigentlich nur Licht produzieren soll, wäre der Quotient aus der Leistung, die tatsächlich in Licht umgewandelt wird und der aufgenommenen Gesamtleistung.
  
  COS PHI sagt analog etwas über den Wirkungsgrad von Geräten mit induktivem oder kapazitivem Widerstand aus.
  
  Der Begriff Scheinleistung hat also nichts damit zu tun, dass das Elektrizitätswerk eine nicht erbrachte Leistung in Rechnung stellt, sondern es geht darum, was mit der in ein elektrisches Gerät eingespeisten Leistung eigentlich beabsichtigt wird und welche Nebeneffekte ausserdem an der Leistung zehren.
  
  Torsten [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
  - Antwort von nach einem Tag hilfreich
    
    Re^4: nein, so isses nicht
    
    Wenn jedoch ein Abnehmer Geräte mit induktivem oder
    kapazitivem Widerstand betreibt, so ist die Wirkleistung
    dieser Geräte kleiner als die dem Netz entnommene Leistung.
    Nein, die Wirkleistung ist immer die Leistung die dem Netz im Mittel entzogen wird. Die Differenz wird in elektromagnetische Felder investiert,
    die der Nutzer in der Regel gar nicht beabsichtigt.
    Nein, die Differenz ist die Blindleistung. Die wird ins Netz zurückgespeist und könnte auch die Herdplatte des Nachbarn mit heizen. Die Energie pendelt nur zwischen Netz und Verbraucher, geht aber, bis auf die zusätzlichen Leitungsverluste, grundsätzlich nicht verloren.
    Einen vergleichbaren Effekt gibt es übrigens auch bei ohmschen
    Widerständen, zum Beispiel bei Glühlampen. Wenn es sich nicht
    gerade um eine Wärmelampe für das Ausbrüten von Eiern handelt,
    hat es der Nutzer ja eigentlich nur auf das Licht abgesehen.
    Aber ein erheblicher Teil der dem Netz entnommenen Energie
    (Leistung) wird in Wärme umgewandelt. Der Wirkungsgrad der
    Lampe, die eigentlich nur Licht produzieren soll, wäre der
    Quotient aus der Leistung, die tatsächlich in Licht
    umgewandelt wird und der aufgenommenen Gesamtleistung.
    
    COS PHI sagt analog etwas über den Wirkungsgrad von Geräten
    mit induktivem oder kapazitivem Widerstand aus.
    Nein, mit dem physikalischen Wirkungsgrad hat das primär nichts zu tun. Auch mit einem Leistungsfaktor von 0,5 kann der Wirkungsgrad fast 100 % sein. Lediglich die erhöhten Leitungsverluste verschlechtern den Wirkungsgrad mehr oder weniger.
    Der Begriff Scheinleistung hat also nichts damit zu tun, dass
    das Elektrizitätswerk eine nicht erbrachte Leistung in
    Rechnung stellt, sondern es geht darum, was mit der in ein
    elektrisches Gerät eingespeisten Leistung eigentlich
    beabsichtigt wird und welche Nebeneffekte ausserdem an der
    Leistung zehren.
    Deshalb berechnen die Energieversorger nur die erbrachte Wirkleistung. Die Scheinleistung ist nur zur Dimensionierung von Generatoren, Leitungen, Trafos und Sicherungen relevant.
    
    Jörg
    - Antwort von nach einem Tag hilfreich
      
      Re^5: nein, so isses nicht - Aber ja doch
      
      Unter http://www.nosswitz.de/main/m_dimkmp1.htm
      
      bietet jemand ein Formular zur Berechnung der Blindleistungskompensation an:
      
      "Nehmen Sie Ihre Stromrechnung zur Hand. Darauf finden Sie die erforderlichen Daten. Hier können Sie berechnen, welche Leistung notwendig ist, damit keine Blindstrom-Kosten anfallen."
      
      Anscheinend handelt es sich dabei nicht um einen Witz.
      
      Torsten [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
      - Antwort von nach einem Tag hilfreich
        
        Re^6: nein, so isses nicht - Aber ja doch
        
        Unter http://www.nosswitz.de/main/m_dimkmp1.htm
        
        bietet jemand ein Formular zur Berechnung der
        Blindleistungskompensation an:
        
        "Nehmen Sie Ihre Stromrechnung zur Hand. Darauf finden Sie die
        erforderlichen Daten. Hier können Sie berechnen, welche
        Leistung notwendig ist, damit keine Blindstrom-Kosten
        anfallen."
        
        Anscheinend handelt es sich dabei nicht um einen Witz.
        
        Torsten
        
        Das ist offensichtlich was für Großabnehmer. Wie ich weiter oben schon mal erwähnt habe, müssen Großabnehmer dafür sorgen, daß der Leistungsfaktor fast eins ist. Ist das nicht der Fall, muß der Netzanschluß stärker dimensioniert werden. Das können die EVUs natürlich im Rahmen ihres Liefervertrages auf den Abnehmer und die kWh umlegen. Schließlich geht es da auch um ganz andere Geldsummen. Wir Kleinabnehmer müssen uns aber nicht darum kümmern, wir zahlen nur für die Wirkleistung.
        
        Jörg

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