Cos ϕ vs. Leistungsfaktor λ

In der Leistungsmesstechnik ist es notwendig, die Leistung immer über die Fläche zu integrieren. Im 50-Hertz-Netz beträgt das kleinste Messintervall eine Sinushalbwelle, somit 10 Millisekunden. Um die Leistung zu berechnen, wird die Fläche unter der Leistungskurve über diesen Zeitraum integriert. In diesem Beispiel ergibt die Integration der grünen Leistungskurven oberhalb der Nulllinie eine Wert von 118 Watt, während die größere rote Kurve unter der Nulllinie einen Wert von minus 118 Watt aufweist. Das Integral der gesamten Leistung über 10 Millisekunden ergibt einen Wert von null, was auf eine pendelnde Leistung hinweist, die als Blindleistung definiert wird. Diese Blindleistung belastet zwar unsere Leitung und den Transformator, diese muss jedoch nicht als Wirkleistung erzeugt werden. In der Praxis werden alle Stromharmonischen mit der Grundschwingung der Spannung multipliziert, um die Verzerrungsblindleistung zu berechnen. Da die Grundschwingung der Spannung dominiert und die anderen Spannungsharmonischen in der Regel keine große Rolle spielen, kann dies in der Messtechnik vernachlässigt werden.

Blindleistung ist eine Art von Leistung, die in einem elektrischen Netzwerk vorhanden ist, die nicht genutzt wird, sondern nur dazu dient, die Netzbelastung und Verluste im Netz zu erhöhen.

Es gibt folgende Arten von Blindleistungen:

• Grundschwingungsblindleistung
• Oberschwingungsblindleistung/ Verzerrungsblindleistung
• Unsymmetrieblindleistung
• Modulationsblindleistung

Für jede Blindleistungsart gibt es unterschiedliche Abhilfemaßnahmen:

Blindleistung bezieht sich auf die Differenz zwischen der Scheinleistung, die in einem Netz angezeigt wird, und der tatsächlichen Wirkleistung, die von den Geräten genutzt wird.

Die Unsymmetrieblindleistung entsteht, wenn die Lasten in einem Drehstromnetz unsymmetrisch belastet werden. Dies kann beispielsweise durch unterschiedliche Leistungen auf den drei Phasen L1, L2 und L3 entstehen. Obwohl die Scheinleistung und die Wirkleistung pro Strang in diesem Fall gleich sind, ergiebt sich eine Blindleistung im Gesamtsystem, die als Unsymmetrieblindleistung bezeichnet wird. Um diese Blindleistung zu reduzieren, kann man beispielsweise eine Unsymmetriekompensationsanlage verwenden, die die unsymmetrischen Ströme ausgleicht und so die Blindleistung minimiert.

Modulationsblindleistung entsteht durch starke Schwankungen in der Modulation des Stroms, wie zum Beispiel in Schwingungspaketsteuerungen. Heute gibt es viele verschiedene Arten von Blindleistung, die moderne Netzanalysatoren wie die PQ-Box einzeln bewerten und aufzeichnen.

Die kollektive Gesamtblindleistung ist die quadratische Summe aller Blindleistungsarten.

Diese kollektive Gesamtblindleistung erklärt somit die Differenz zwischen Wirk- und Scheinleistung. Es ist zu beachten, dass die kollektive Blindleistung niemals ein Vorzeichen besitzt, da alle Blindleistungsarten quadratisch summiert werden und folglich das Vorzeichen immer positiv ist. Nur die Grundschwingungsblindleistung kann ein Vorzeichen besitzen. Minus, wenn diese kapazitiv ist und positiv, wenn diese Grundschwingungsblindleistung induktiv ist.

Als Beispiel aus der Praxis dient die Verwendung von einem Frequenzumrichter. In diesem Fall ist vor dem Antrieb eine B6-Brückengleichrichterschaltung mit 4 Dioden installiert. Die Dreiphasenspannungen oder Ströme werden hierbei gleichgerichtet und an den Eingang des Wechselrichters geschickt. Im Bild Nr. 7 kann man gut erkennen, dass Strom und Spannung in Phase liegen, was einen Cosinus Phi von nahe 1 ausdrückt. Netzanalysatoren werden bei diesem Verbraucher jedoch eine große Blindleistung anzeigen, da der Leistungsfaktor (Verhältnis von P zu S) bei 0,85 liegt. Eine Analyse des Stroms zeigt, dass in diesem Fall die fünfte und siebte Stromharmonische mit bis zu 160A vorhanden sind. Aus diesen Stromharmonischen ergibt sich eine Verzerrungsblindleistung.

Ein weiteres Video zeigt, an einem praktischen Beispiel die Blindleistungsarten anhand einer Phasenanschnittsteuerung.