Elektrische Leistung bei sinusförmigen Wechselstrom

Die elektrische Leistung bei sinusförmigen Wechselstrom kann mit dem Produkt der Effektivwerte von elektrischem Strom und Spannung berechnet werden.

Die Leistung ist das Produkt aus Spannung, Strom und dem Kosinus des Winkels φ.

Der Winkel φ ist die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Liegt eine Phasenverschiebung vor, ist die Wirkleistung nicht einfach nur das Produkt aus den Effektivwerten von Spannung und Strom. Das Produkt aus den Effektivwerten von Spannung und Strom ergibt die Scheinleistung.

Scheinleistung

Das Produkt aus Spannung, Strom und dem Kosinus aus dem Winkel φ ist jedoch nur die Wirkleistung. Hinzu kommt die Blindleistung. Die geometrische Summe aus Wirk- und Blindleistung ist die Scheinleistung.

Haben Strom und Spannung dasselbe Vorzeichen, ist die Scheinleistung immer positiv und bedeutet, dass die Leistung aus dem Stromnetz verbraucht wird. Andernfalls, bei unterschiedlichen Vorzeichen, ist die Scheinleistung negativ und wird dem Stromnetz zugeführt.

  • (+I) . (+U) = +S
  • (-I) . (+U) = -S
  • (+I) . (-U) = -S
  • (-I) . (-U) = +S

Die Scheinleistung hat einen Anteil von Wirkleistung sowie einen Anteil von Blindleistung. Die Scheinleistung ist, anders als bei Wirk- und Blindleistung, unabhängig von einer Phasenverschiebung im Winkel φ.

Bei gleicher Scheinleistung  ist die Blindleistung um so größer (größerer Anteil an Scheinleistung), je größer der Winkel zwischen 0 und 90° ist.

Die Wirkleistung und Blindleistung ergeben gemeinsam die Scheinleistung. Wirk- und Blindleistung sind Katheten im so genannten Leistungsdreieck.

Die Wirkleistung ist der Teil der elektrischen Leistung, welcher bei einem sinusförmigen Wechselstrom zeitunabhängig positiv bleibt. Die Wirkleistung gilt als die “tatsächliche Leistung”, mit welcher Maschinen betrieben werden können.

Die Blindleistung ist der Wechselanteil der elektrischen Leistung und i.d.R. unerwünscht bzw. möglichst gering zu halten. Der Wechselanteil kehrt sich immer wieder in seiner Richtung (Vorzeichen, positiv zu negativ zu positiv usw.) um, da diese Leistung zwischen Verbraucher und Energiequelle hin und her pendelt. Bei rein ohmschen Verbrauchern (elektrischer Widerstand), ist der Winkel φ gleich Null und damit auch die Blindleistung gleich Null. Bei induktiven Verbrauchern (elektrische Spule) und kapazitiven Verbrauchern (elektrische Kondensatoren) ist dies jedoch anders, da elektrische Spannung wieder zurück ins Netz gespeist wird.
Kapazitive und induktive Verbraucher unterscheiden sich nur in der Hinsicht, dass die Phasenverschiebung in unterschiedliche Richtungen geschieht (das Ergebnis bleibt das Gleiche).

Rein induktive/kapazitive Verbraucher (Winkel φ = 90°, Blindleistung maximal, Wirkleistung Null) stellen hier das Gegenteil zu rein ohmschen Verbrauchern (Winkel φ = 0°, Blindleistung Null, Wirkleistung maximal) dar.

Die Einheit der Blindleistung Q ist var (Volt-Ampère-réactif).

Im Wechselstromnetz tritt Blindleistung praktisch immer auf, da im Versorgungsnetz neben den ohmschen, auch kapazitive und induktive Effekte auftreten, auch und insbesondere ungewollt als Störungen.