(ET3-29) Formen der elektrischen Leistung

Inhaltsverzeichnis

Bisher haben wir immer die elektrische Leistung an Quellen oder Verbrauchern betrachtet. Wir können aber auch eine Unterscheidung der  Leistungsarten vornehmen.

  “Die Größe Leistung ist in der Physik, die in einer Zeitspanne umgesetzte Energie bezogen auf die festgelegte Zeitspanne. Als elektrische Leistung bezeichnet man diese, wenn die Form der umgesetzten Energie eine elektrische Energie ist.”

 

Leistungsarten
Leistungsarten

Unterscheidung der Arten der Leistung


Die Unterscheidung der Leistung kann nach unterschiedlichen Merkmalen erfolgen:

  • Verfügbare Leistung/ Nennleistung: Hier bei handelt es sich um die Maximale/ von Hersteller garantierte Leistung

sowie

  • Nutzleistung: Es handelt sich um die Leistung, welche im Normalbetrieb umgesetzt wird.

sowie

  • Totalleistung: Bei dieser Angabe handelt es sich um den Wert für ein Bauteilversagen infolge von Hitze

sowie

  • Verlustleistung: Bei dieser Angabe liegt mir ein Wert für die Umwandlungsverluste vor

sowie

  • Wirkleistung: Es handelt sich um die Leistung, die maximal umwandelbar ist.

und

  • Blindleistung: Es handelt sich hier um die Leistung, welcher nicht umgewandelt werden kann.

 

Eine Ausführliche Beschreibung der einzelnen elektrischen Leistungen folgt:

 


Leistungsarten: Verfügbare Leistung


Als verfügbare Leistung bezeichnet man die maximale Leistung einer Strom- oder Spannungsquelle.

Ein Gleichspannungsnetzteil (DC-Netzteil) mit den beiden Maximalwerten von U = 40 V (Elektrische Spannung) und I = 2 A (Elektrische Stromstärke) weist nach der allgemeinen Gleichung

 \boxed{ P = U \cdot I  }

eine Ausgangsleistung von

 \boxed{ P = 40 V \cdot 2 A = 80 W }

auf.


Die Verfügbare Leistung ist direkt an die Maximalwerte

  • I_{max} ( Elektrische Stromstärke)

und

  • U_{max} ( Elektrische Spannung)

gekoppelt.

 


Leistungsarten:  Nennleistung


Man spricht in diesem Kontext bei elektrischen Geräten auch von einer maximalen Leistung oder Nennleistung. Die Nennleistung ist die vom Hersteller angegebene Leistung eines elektrischen Gerätes, bzw. Verbrauchers oder Energiewandlers, die dieses maximal aufnehmen (umsetzen) oder abgeben (generieren) kann.

 


Nennleistungsaufnahme


Die Nennleistungsaufnahme gibt die aufgenommene elektrische Leistung an.
Die Leistung entspricht der aufgenommenen Leistung reduziert um den Wirkungsgrad.

 

undefiniert
Beispiel: Geräte mit Nennleistungsaufnahme
  • Lautsprecher,

oder

  • Staubsauger

 


Nennleistungsabgabe


Die Nennleistungsabgabe gibt die abgegebene elektrische Leistung an.
Die abgegebene Leistung entspricht der aufgenommenen Leistung reduziert um den Wirkungsgrad.

 

undefiniert
Beispiel: Geräte mit Nennleistungsabgabe
  • Motoren,

sowie

  • Getriebe,

und

  • Generatoren,

aber auch

  • Photovoltaikanlagen.

 


Leistungsarten: Nutzleistung


Die Nutzleistung ist die Leistung, die ein Verbraucher im normalen Betrieb nutzen kann und gleichzeitig benötigt.

 

undefiniert
Wusstest du es?...

Die Nutzleistung eines Elektromotors ist die von ihm angegebene mechanische Leistung.

 

Eine einfache Glühbirne mit P_{el} = 30 W wird mit einer Spannung von U = 230 V betrieben (230 V ist der Spannungswert einer Steckdose bzw. eines angeschlossenen Unterputzkabels bzw. Netzspannung) und der fließende Strom entspricht I = 0,130 A

 


Totalleistung / SOA-Diagramm


Elektronische Bauelemente haben Maximalwerte, bis zu denen sie betrieben werden dürfen. Die Angabe der Maximalleistung P_{tot} ist der höchste Wert der elektrischen Leistung eines Gerätes.

 

Jeder Leistungswert oberhalb des Wertes führt zwangsläufig zu einem Bauteilversagen.

 

undefiniert
Beispiel: Transistor

P_{tot} kann zum Beispiel auch die thermische Grenze eines Transistors sein. Diese darf durchaus kurzfristig überschritten werden, z.B. im Umschaltmoment, aber nur weil der Chip und das Gehäuse eine gewisse thermische Trägheit besitzen.

 

 

Liegt an einem Ohmschen Widerstand eine Spannung von U = 10 V an und fließt durch den Widerstand ein Strom von I = 0,5 A, dann sollte der Wert für

 

 \boxed{ P_{tot} > U \cdot I = 10 V \cdot 0,5 A = 5 W }

 

betragen.

 

Wenn du als Techniker ein Netzwerk mit unterschiedlichen Bauteilen aufbaust, dann musst du bei der Dimensionierung immer darauf achten, dass jedes Bauteil im Normalbetrieb nicht die elektrische Leistung P_{tot} erreicht oder diesen Grenzwert überschreitet.

 

Ein normaler Pufferbereich genügt meistens.

 

Im Bereich der Halbleitertechnik setzt man heutzutage lieber auf das SOA (safe oerating area)-Diagramm.

 


Leistungsarten: Verlustleistung


Bei der Umwandlung von elektrischer Energie in andere Energieformen gilt, dass als Nebeneffekt immer eine Verlustleistung auftritt. Diese ist Folge von verloren gegangener Wärmeenergie oder Strahlungsenergie.

 

undefiniert
100 % Wirkungsgrad. Geht oder?

Leider nein, denn es gibt immer eine gewisse Verlustleistung. Ansonsten entspräche der Wirkungsgrad \nu = 100%

 

Ähnlich wie die Auslegung mit der Totalleistung P_{tot} ist die Reduzierung der Verlustleistung ein beliebtes Thema in Kreisen der Freunde von Transistoren (Halbleiter).

 

Merk's dir!
Merk's dir!

Man kann die Verlustleistung übrigens durch den Einsatz von Kühlelementen reduzieren, jedoch erzeugt eine zusätzlich Kühlung gesamtheitlich wieder Verluste von elektrische Leistung. Annähernd ein Nullsummenspiel. Die indirekte Kühlung hier mal ausgenommen.

 


Leistungsarten: Wirkleistung


Die Wirkleistung ist der Anteil der gesamten Elektrische Leistung, welcher in eine andere Leistung umgewandelt werden kann. Dabei kann es sich um eine mechanische, thermische oder chemische Leistung handeln.

Ein Ohmscher Widerstand kann seine aufgenommen Leistung gänzlich in Wärme Umwandeln. Hier entspricht die Wirkleistung P_W : 100 % .

 


Leistungsarten: Blindleistung


Die Blindleistung ist der Rest der gesamten elektrischen Leistung, der nicht in eine andere Leistung umgewandelt werden kann. Man könne sagen, hier geht elektrische Leistung „verloren“, besser ist jedoch: Die Blindleistung lässt sich für die Umwandlung nicht verwenden.

 


Leistungsarten – Besonderheiten in der Elektrizitätswirtschaft


In der Elektrizitätswirtschaft steht

  • Wirkleistung für die Leistung, die bei den Verbrauchern nach der Erzeugung ankommt.

sowie

  • Blindleistung für die Leistung, die für den Auf- und Abbau des Magnetfeldes (50 mal pro Sekunde) im Wechselstromnetz benötigt wird.

 

 



wie gehts weiter?
Nachdem wir jetzt über die Leistungsart gesprochen haben, sind die Leistungsaufnahme und die Leistungsabgabe Thema des nächsten Kurstextes.

 

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