Die Sache mit dem Bier – oder was genau sind Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung?

Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung sind Begriffe aus der Elektrotechnik und beziehen sich in einem elektrischen Energieversorgungsnetz auf die Energie, die vom Erzeuger zum Verbraucher übertragen wird.

Dabei versteht man unter Wirkleistung in Kürze die Energie, die tatsächlich wirkt und in eine andere Energieform, wie Bewegungsenergie, Wärme oder Licht umgewandelt werden kann. Nimmt man das beliebte Beispiel eines Bierglas inklusive Schaumkrone, entspricht die Wirkenergie, also die eigentliche Leistung, dem Bier ohne Schaumkrone. Diese Wirkenergie wird dann in Promille umgewandelt. Die Wirkleistung ist also die Leistung, die tatsächlich verbraucht wird und mit der die Wirkarbeit verrichtet wird.

In diesem Artikel werden wir uns mit den Begriffen Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung auseinandersetzen und ihre Bedeutung im Zusammenhang mit elektrischen Netzwerken und Verbrauchern untersuchen. Von der Leistungsaufnahme eines Motors bis hin zum Aufbau von Magnetfeldern – wir werden die verschiedenen Aspekte beleuchten und die Zusammenhänge verstehen lernen. Dabei ist es wichtig, die Expertise eines Ingenieurbüro Elektrotechnik zu berücksichtigen, da solche Büros über das notwendige Fachwissen verfügen, um die Komplexität dieser Themen zu durchdringen und praxisnahe Lösungen anzubieten.

Leistungsarten in der Elektrotechnik

Definition von Leistung

Leistung ist ein grundlegender Begriff in der Elektrotechnik, der die Fähigkeit eines Systems oder einer Komponente beschreibt, Energie umzuwandeln oder zu übertragen. Sie ist eng mit dem Energiefluss verbunden und wird in der Einheit Watt (W) gemessen. Die Leistung eines elektrischen Systems setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen, darunter die Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung. Diese Leistungsarten sind eng miteinander verknüpft, aber dennoch unterschiedlich in ihrer Bedeutung und Wirkung. Um die Leistungsarten besser zu verstehen, werfen wir nun einen genaueren Blick auf die Unterscheidung zwischen Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung.

Unterscheidung zwischen Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung

Bei elektrischen Netzwerken und Verbrauchern tritt nicht nur die Wirkleistung auf, die die tatsächlich genutzte Leistung darstellt, sondern es können auch andere Leistungsanteile auftreten. Die Blindleistung bezieht sich auf den Teil der Leistung, der für den Aufbau von Magnetfeldern oder die Speicherung von elektrischer Energie in Kondensatoren oder Spulen aufgewendet wird. Sie wird in der Einheit Voltampere reaktiv (VAR) gemessen und hat keinen direkten Nutzen für den Verbraucher.

Im Gegensatz dazu steht die Wirkleistung, die die tatsächlich erzeugte oder genutzte Leistung darstellt und in Watt (W) gemessen wird. Sie sorgt für den Betrieb von elektrischen Geräten und erzeugt beispielsweise Wärme oder mechanische Arbeit.

Die Scheinleistung hingegen ist die vektorielle Summe aus Wirkleistung und Blindleistung und wird in Voltampere (VA) angegeben. Sie gibt die scheinbare Leistung an, die das Verhältnis von Strom und Spannung im elektrischen Feldes widerspiegelt.

Es ist wichtig zu verstehen, dass die Blindleistung und Wirkleistung in Wechselstromkreisen voneinander abhängig sind und sich in ihrer Phasenverschiebung unterscheiden. In den folgenden Abschnitten werden wir uns genauer mit den Berechnungen und Anwendungen dieser Leistungsarten befassen.

Wirkleistung

Definition und Grundlagen

Die Wirkleistung ist ein zentraler Begriff in der Elektrotechnik und beschreibt die tatsächlich umgesetzte elektrische Leistung in einem System. Sie ist ein Maß für die effektive Energieübertragung und wird in Watt (W) gemessen. Um die Bedeutung der Wirkleistung zu verstehen, ist es wichtig, die grundlegenden Konzepte dahinter zu erfassen:

• Wirkleistung ist die Leistung, die tatsächlich in eine nützliche Form umgewandelt wird und beispielsweise zur Erzeugung von Licht, Wärme oder mechanischer Arbeit dient.
• Sie ist unabhängig von der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung und berücksichtigt lediglich den Betrag der jeweiligen Größen.
• Wirkleistung wird von elektrischen Verbrauchern aufgenommen und von Stromlieferanten bereitgestellt, um die gewünschten Funktionen auszuführen.
• Die Wirkleistung kann sowohl in Gleichstrom- als auch in Wechselstromkreisen berechnet werden und spielt eine wichtige Rolle bei der Bewertung der Effizienz und Leistungsfähigkeit von elektrischen Systemen.

Berechnung der Wirkleistung

Die Wirkleistung kann mithilfe der Formel P = U × I × cos(φ) berechnet werden, wobei P die Wirkleistung, U die Spannung, I die Stromstärke und φ die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ist. Es muss beachtet werden, dass die Phasenverschiebung bei reinen Widerständen (wie Glühlampen oder Heizgeräten) null ist, sodass die Wirkleistung einfach durch das Produkt aus Spannung und Stromstärke ermittelt werden kann.

Bei der Berechnung der Wirkleistung spielt der Begriff des Widerstands eine entscheidende Rolle. Der Widerstand stellt den elektrischen Kürzer einer Schaltung dar und beeinflusst maßgeblich die Umwandlung von elektrischer Energie in andere Formen wie Wärme oder mechanische Arbeit. Je höher der Widerstand in einem Stromkreis, desto größer ist der Spannungsabfall und somit die Verlustleistung. Daher ist es wichtig, den Widerstand in einer Schaltung zu minimieren, um eine effiziente Nutzung der elektrischen Energie zu gewährleisten und unerwünschte Verluste zu verringern. Die Kenntnis über den Widerstand ermöglicht somit eine gezielte Optimierung der Wirkleistung und trägt zur Effizienz des Systems bei.

Bedeutung und Anwendung der Wirkleistung

Die Wirkleistung spielt eine entscheidende Rolle in der Elektrotechnik und hat zahlreiche Anwendungen und Bedeutungen:

• Sie ist ein Maß für den tatsächlichen Energieverbrauch eines elektrischen Geräts oder Systems und ermöglicht eine präzise Bewertung der Effizienz.
• In der Stromversorgungstechnik ist die Wirkleistung von großer Bedeutung, da sie die tatsächlich nutzbare Leistung angibt und bei der Dimensionierung von Leitungen, Transformatoren und anderen Komponenten berücksichtigt werden muss.
• Die Wirkleistung wird auch zur Berechnung der Kosten für die Energieversorgung verwendet, da sie den eigentlichen Verbrauch eines Geräts widerspiegelt.
• Darüber hinaus spielt die Wirkleistung eine Rolle bei der Analyse und Optimierung von Stromnetzen, um eine effiziente Energieübertragung und Verteilung zu gewährleisten.

Beispiel zur Veranschaulichung

Um die Konzepte der Wirkleistung besser zu verstehen, nehmen wir ein Beispiel: Angenommen, wir haben eine Glühlampe mit einer Nennspannung von 230 Volt und einem Strom von 0,5 Ampere. Da Glühlampen im Wesentlichen reine Widerstände sind, ist die Phasenverschiebung null, und wir können die Wirkleistung einfach berechnen:

P = U × I = 230 V × 0,5 A = 115 W

In diesem Fall beträgt die Wirkleistung der Glühlampe 115 Watt. Das bedeutet, dass die Lampe tatsächlich 115 Watt an Licht und Wärme erzeugt, wobei die elektrische Energie effektiv genutzt wird.

Die Wirkleistung ist somit ein entscheidender Parameter in der Elektrotechnik, der den tatsächlichen Energieverbrauch und die Effizienz von elektrischen Systemen widerspiegelt. Durch die Berechnung der Wirkleistung können wir die Leistung von Verbrauchern bewerten, Netzwerke optimieren und eine effiziente Energieversorgung gewährleisten.

Blindleistung

Definition und Grundlagen

Auch die Blindleistung ist ein elementarer Wortlaut in der Elektrotechnik und bezeichnet die Leistung, die zwischen Strom und Spannung hin- und herfließt, ohne dabei tatsächlich genutzt zu werden. Im Gegensatz zur Wirkleistung, die die nützliche Leistung darstellt, wird die Blindleistung nicht in Arbeit umgewandelt, sondern beeinflusst lediglich die elektrischen Felder und Magnetfelder in einem System. Um die Grundlagen der Blindleistung zu verstehen, sind folgende Punkte wichtig:

• Die Blindleistung wird in Voltampere reaktiv (VAR) gemessen und ist sowohl in Wechselstrom- als auch in Wechselspannungssystemen relevant.
• Sie entsteht aufgrund der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in induktiven oder kapazitiven Bauelementen, wie beispielsweise Spulen oder Kondensatoren.
• Die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung kann zu einem Aufbau von magnetischen oder elektrischen Feldern führen, die Energie speichern und wieder abgeben können.
• Die Blindleistung kann nicht direkt berechnet werden, sondern wird als Resultat aus der Phasenverschiebung und den Beträgen von Strom und Spannung ermittelt.

Berechnung der Blindleistung

Die Berechnung der Blindleistung erfordert die Kenntnis der Phasenverschiebung (φ) und der Beträge von Strom (I) und Spannung (U). In einem Wechselstromkreis kann die Blindleistung mit der Formel Q = U × I × sin(φ) ermittelt werden. Dabei ist Q die Blindleistung. Positive Werte von Q deuten auf eine induktive Blindleistung hin, während negative Werte auf eine kapazitive Blindleistung hinweisen.

Bedeutung und Anwendung der Blindleistung

Die Blindleistung hat verschiedene Bedeutungen und Anwendungen:

• Sie beeinflusst die Leistungsfaktoren von elektrischen Systemen und hat Auswirkungen auf die Effizienz und Stabilität des Stromnetzes.
• Die Blindleistung kann zu Verlusten in Leitungen und Bauelementen führen und die Übertragungskapazität von Netzen verringern.
• Die Kompensation der Blindleistung durch den Einsatz von Kondensatoren oder Spulen kann die Leistungsfaktoren verbessern und die Energieeffizienz erhöhen.
• In der Energietechnik ist die Blindleistung ein wichtiger Aspekt bei der Planung und dem Betrieb von Stromnetzen, um eine stabile Versorgung zu gewährleisten.

Beispiel zur Veranschaulichung

Um die Konzepte der Blindleistung besser zu verstehen, betrachten wir ein Beispiel: Angenommen, wir haben einen Wechselstromkreis mit einer Spule, in der ein Strom von 2 Ampere fließt und eine Spannung von 230 Volt anliegt. Die Spule erzeugt eine Phasenverschiebung von 30 Grad zwischen Strom und Spannung. Durch die Anwendung der Formel für die Berechnung der Blindleistung erhalten wir:

Q = U × I × sin(φ) = 230 V × 2 A × sin(30°) ≈ 115 VAR

In diesem Fall beträgt die Blindleistung der Spule etwa 115 Voltampere reaktiv. Dies zeigt, dass die Energie in den magnetischen Feldern der Spule gespeichert und wieder abgegeben wird, ohne dabei tatsächliche Arbeit zu verrichten.

Die Kenntnis über die Blindleistung ist daher essenziell, um elektrische Systeme effizient zu gestalten, den Energieverbrauch zu optimieren und eine zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten.

Scheinleistung

Definition und Grundlagen

Die Scheinleistung ist ebenfalls ein wichtiger Begriff in der Elektrotechnik und stellt die Gesamtleistung dar, die in einem Wechselstromkreis fließt. Sie setzt sich aus der Wirkleistung und der Blindleistung zusammen und wird in Voltampere (VA) gemessen. Um die Grundlagen der Scheinleistung zu verstehen, sind folgende Punkte wichtig:

• Die Scheinleistung ist der Betrag der Wechselstromleistung und repräsentiert die scheinbare Leistung, die im Stromnetz bereitgestellt oder von Verbrauchern aufgenommen wird.
• Sie umfasst sowohl die Wirkleistung, die tatsächlich in Arbeit umgesetzt wird, als auch die Blindleistung, die für die Aufrechterhaltung von elektrischen Feldern und Magnetfeldern benötigt wird.
• Die Scheinleistung wird durch die Multiplikation der Effektivwerte von Strom und Spannung im Wechselstromkreis berechnet.

Berechnung der Scheinleistung

Die Berechnung der Scheinleistung erfordert die Kenntnis der Effektivwerte von Strom (I) und Spannung (U). In einem Wechselstromkreis kann die Scheinleistung mit der Formel S = U × I berechnet werden. Dabei ist S die Scheinleistung in Voltampere (VA).

Beziehung zwischen Scheinleistung, Wirkleistung und Blindleistung (Leistungsdreieck)

Die Beziehung zwischen Scheinleistung, Wirkleistung und Blindleistung kann durch das Leistungsdreieck veranschaulicht werden. Im Leistungsdreieck werden die drei Leistungsarten geometrisch dargestellt. Es gelten folgende Zusammenhänge:

• Die Wirkleistung (P) ist die horizontale Komponente des Leistungsdreiecks und stellt die tatsächlich genutzte Leistung dar.
• Die Blindleistung (Q) ist die vertikale Komponente des Leistungsdreiecks und repräsentiert die nicht in Arbeit umgesetzte Leistung.
• Die Scheinleistung (S) ist die Hypotenuse des Leistungsdreiecks und gibt die Gesamtleistung im Wechselstromkreis an.

Beispiel zur Veranschaulichung

Um die Konzepte der Scheinleistung, Wirkleistung und Blindleistung besser zu verstehen, betrachten wir ein Beispiel: Angenommen, wir haben einen Wechselstromkreis mit einer Spannung von 230 Volt und einem Strom von 2 Ampere. Durch die Anwendung der Formel für die Berechnung der Scheinleistung erhalten wir:

S = U × I = 230 V × 2 A = 460 VA

In diesem Fall beträgt die Scheinleistung des Wechselstromkreises 460 Voltampere. Diese umfasst sowohl die Wirkleistung als auch die Blindleistung. Das Leistungsdreieck verdeutlicht die Aufteilung der Leistung in Wirkleistung und Blindleistung.

Die Kenntnis über die Scheinleistung ist wichtig, um die Gesamtleistung in einem Wechselstromkreis zu verstehen und die Dimensionierung von Stromversorgungssystemen sowie die Auswahl von geeigneten Leistungskomponenten zu ermöglichen.

Fazit

In diesem Blogbeitrag haben Sie einen Einblick in die Begriffe Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung erhalten, die in der Elektrotechnik von großer Bedeutung sind. Die Scheinleistung repräsentiert die Gesamtleistung in einem Wechselstromkreis und setzt sich aus der Wirkleistung und der Blindleistung zusammen. Die Wirkleistung ist die tatsächlich in Arbeit umgesetzte Leistung, während die Blindleistung für die Aufrechterhaltung von elektrischen Feldern und Magnetfeldern benötigt wird.

Die Berechnung der Scheinleistung erfolgt durch Multiplikation der Effektivwerte von Strom und Spannung. Mithilfe des Leistungsdreiecks lässt sich die Beziehung zwischen Scheinleistung, Wirkleistung und Blindleistung anschaulich darstellen. Die Scheinleistung bildet die Hypotenuse des Dreiecks, während die Wirkleistung und die Blindleistung die beiden Seiten darstellen.

Ein besseres Verständnis dieser Leistungsarten ist wichtig für die Dimensionierung von Stromversorgungssystemen, die Auswahl geeigneter Leistungskomponenten und das Verständnis der Gesamtleistung im Netz. Das Wissen um Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung ermöglicht eine effiziente Nutzung elektrischer Energie und trägt zur Stabilität und Effizienz des Netzes bei.

Insgesamt können Sie nun mit den erlangten Kenntnissen über Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung in der Elektrotechnik besser verstehen, wie elektrische Energie im Netz verteilt und genutzt wird. Es ist wichtig, die verschiedenen Leistungsarten zu berücksichtigen und ihre Auswirkungen auf Widerstände, den Abbau von Energie sowie die Effizienz des Netzes zu verstehen.