Vorkenntnisse für Blindstromkompensation

 Wiki:

Blindleistung ist ein Begriff der Elektrotechnik.

Im elektrischen Energieversorgungsnetz soll Energie vom Erzeuger zum Verbraucher übertragen werden.

 

hbernstaedt.de

In mit Einphasen- bzw. Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) betriebenen Netzen

• fließt häufig mehr Energie zwischen dem Erzeuger (Kraftwerk) und einem elektrischen Verbraucher (beispielsweise elektrische Maschine), 

• als in derselben Anzahl von Perioden im Verbraucher umgesetzt wird. 

Diese zusätzliche Energie pro Zeit,

• die nichts zur Wirkleistung („tatsächlichen Leistung“) beiträgt, 

ist im Allgemeinen unerwünscht und wird als Blindleistung bezeichnet.

 

elektronik-kompendium.de

Zitat:

Elektrische Leistung P  

• Die elektrische Leistung ist ein Wert, den wir in der Elektronik und Elektrotechnik in den unterschiedlichsten Definitionsausprägungen vorfinden. 

• Die Gemeinsamkeit aller Leistungen (bei Gleichspannungen), ist die Maßeinheit und das Formelzeichen. 

Formelzeichen  

• Das Formelzeichen der elektrischen Leistung ist das große P. 

Maßeinheit  

• Die Grundeinheit der elektrischen Leistung ist das Watt (W) oder auch Voltampere (VA). 

Letzteres ergibt sich aus der Berechnung durch Spannung und Strom. 

• Die Angabe der Maßeinheit VA findet man häufig auf Transformatoren und Elektromotoren.

• (Notiz: VA ist demnach der erste Hinweis auf Wechselstrom)

Bei Kraftfahrzeugen, Lokomotiven und Elektromotoren wurde bis zum 31.12.1977 die Leistung in Pferdestärke (PS) angegeben. 

• Heute benutzt man die Leistungsangabe in kW.

• Umrechnung: 1 PS = 736 Watt

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P = U * I

• Je größer die Spannung oder der Strom ist, desto größer ist die Leistung. 

• (Notiz: direkt proportional, lineare Fkt.)

P = R * I²

• Die Leistung P wächst proportional zum Quadrat des Stromes I.

• Das bedeutet: Wird der Strom verdoppelt, vervierfacht sich die Leistung.

P = U² / R

• Die Leistung P wächst proportional zum Quadrat der Spannung U.

• Das bedeutet: Wird die Spannung verdoppelt, vervierfacht sich die Leistung.

 P = W / t

• (Notiz: Leistung ist immer Arbeit durch Zeit)

 

Verfügbare Leistung

• Die verfügbare Leistung ist die Leistung, die eine Strom- bzw. Spannungsquelle liefern kann. 

• Ein Gleichspannungsnetzteil mit den Maximalwerten 30 V und 2 A hat eine Ausgangsleistung von maximal 60 W. 

Allerdings nur bei einer Ausgangsspannung von 30V.

Nutzleistung

• Die Nutzleistung ist die Leistung, die ein Verbraucher im Normalbetrieb (!) benötigt bzw. verbraucht.

• Durch eine Glühbirne mit 60 W, die in einer Lampe an 230 V betrieben wird, fließt ein Wechselstrom von 0,261 A. (P = U * I)

Leistung P_tot

Elektronische Bauelemente haben Maximalwerte innerhalb denen sie betrieben werden dürfen.

• Werden diese Werte nicht berücksichtigt, so führt das zur Zerstörung des Bauelementes.

Die Leistung P_tot gibt an, ab welcher Leistung das Bauelement zerstört wird.

• Fallen an einem Widerstand eine Spannung von 10 V ab und fließt ein Strom von 0,5 A durch ihn hindurch, dann muss er eine Leistung von 5 W vertragen können (eher mehr).

Bei der Dimensionierung von Schaltungen und Bauelementen ist auf eine ausreichende Reserve bis zur Leistung P_tot zu sorgen.

Verlustleistung

Die Verlustleistung ist die in einem Bauelement in Wärme umgesetzt Leistung.

• Die Verlustleistung spielt hauptsächlich in Halbleiterbauelementen, wie z.B. dem Transistor eine Rolle. 

Es ist deshalb bei einer großen Wärmeentwicklung für ausreichende Kühlung durch Kühlbleche oder Kühlkörper zu sorgen.

• Bei Prozessoren wird aktiv, mit Lüfter, gekühlt.

Wirkleistung, Scheinleistung und Blindleistung

Ein ohmscher Widerstand setzt seine aufgenommene Leistung vollständig in Wärme um.

• Man nennt das Wirkleistung. 

Diese Leistung ist in der Einheit Watt (W) angegeben.

• Hat ein Verbraucher neben dem ohmschen Widerstand auch induktive und kapazitive Anteile, dann entsteht zwischen Strom und Spannung eine zeitliche Verschiebung, auch Phasenverschiebung genannt. 

Neben der Wirkleistung (VA) ist deshalb auch eine Blindleistung (VAr) vorhanden, die nicht in Wärme umgewandelt wird.

• Stattdessen wird die Blindleistung mit der Frequenz der Wechselspannung hin- und hergeschoben. 

Die Blindleistung wird nicht verbraucht, also auch nicht als Stromverbrauch berechnet.

• Sie muss trotzdem vom Stromlieferanten bereitgestellt werden.

Ist bei der Leistungsaufnahme eines Geräts Blindleistung dabei, dann wird diese Leistung als Scheinleistung bezeichnet.

• Die Scheinleistung wird, gemäß DIN 40110-1, in Voltampere (VA) angegeben. 

• Voltampere soll zum Ausdruck bringen, dass in der Leistung neben der Wirkleistung auch Blindleistung enthalten ist. 

Üblicherweise spricht man bei Wechselstrom- und Wechselspannungsverbraucher von Scheinleistung.

• Auf vielen elektrischenng Verbrauchern ist die Scheinleistung auf dem Typenschild angegeben. 

• Häufig wegen des eingebauten Transformators.

Bei Gleichspannung, ist die Scheinleistung gleich der Wirkleistung P.

• Die Scheinleistung ist in der Regel größer als die Wirkleistung

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 Rechenaufgabe:

Ein Lötkolben hat eine Leistungsaufnahme von 150 Watt. Bestimmen Sie die Kapazität eines Kondensators, der zum Widerstand in Reihe geschaltet werden soll, um in Ruhezustand die Leistung auf 75 Watt zu mindern. (230 Volt / 50 Hz)

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Leistungsmessung:

• Glühlampe, Schalter,  + Multimeter

Leistungsmessgerät für Strom- und Spannungspfad

• Der Widerstand bei Glühlampen ändert sich vom kalten im warmen Zustand um ca. den Faktor 10

• Bsp: kalt = 5 Ohm, warm = 50 Ohm

• Strommessung => Messleitungen in einer Farbe

• Spannungsmessung => Messleitungen in zwei Farben

Leistungsmessgerät

• Blindleistung: indirekte Messung über den Kondensator

der-hauswart.ch

 Zitat:

Blindleistung erfordert grössere Leitungsquerschnitte und ergibt grössere Energieverluste bei der Übertragung. 

• Bis zum Leistungsfaktor (cos j ) von 0,9 (oder 0,92) sind die Kosten im Arbeitstarif (kWh) enthalten. 

• Blindleistung benötigen die elektrischen Verbraucher mit Magnetspulen wie Motoren, Transformatoren und Drosseln (für Leuchtstofflampen).

• Kondensatoren können Blindleistung abgeben. 

Wenn Sie in der richtigen Grösse in der Nähe der Verbraucher installiert sind, entfällt die zusätzliche Netzbelastung bis zum Kraftwerk. 

• Eine Blindstromkompensationsanlage passt die notwendige Kondensatorkapazität automatisch dem aktuellen Bedarf an. 

Für die Installation gelten einschlägige Vorschriften.

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