Der Leistungsfaktor gibt an, wie effizient ein Wechselstromkreis die von einem Versorgungsunternehmen gelieferte Energie in tatsächlich nutzbare Arbeit umwandelt. Ein niedriger Leistungsfaktor bedeutet, dass zusätzlicher Strom fließt, ohne dass eine nutzbare Leistung entsteht – was sich in höheren Bedarfsgebühren, größeren erforderlichen Verkabelungen und Transformatoren sowie mehr Wärmeverlust bemerkbar macht. Dieser Rechner berechnet den Leistungsfaktor aus Wirk- und Scheinleistung (oder einem Phasenwinkel), zerlegt die Blindleistung im Leistungsdreieck und dimensioniert die Kapazität, die erforderlich ist, um einen niedrigen Leistungsfaktor in Richtung eines Zielwerts zu korrigieren.

So funktioniert der Leistungsfaktorrechner

Auf der Registerkarte „Leistungsfaktor“ gilt: PF = cosφ = P/S: Der Rechner dividiert die Wirkleistung (P, in Watt) durch die Scheinleistung (S, in Voltampere) oder ermittelt den Kosinus eines Phasenwinkels, den Sie direkt eingeben. Auf der Registerkarte „Blindleistung“ wird Q = √(S² − P²) abgeleitet – die pythagoräische Beziehung zwischen den drei Seiten des Leistungsdreiecks (P entlang der reellen Achse, Q entlang der reaktiven Achse, S als Hypotenuse). Auf der Registerkarte „Korrektur“ wird die Blindleistung berechnet, die ein Parallelkondensator liefern muss, um die Last von ihrem aktuellen Phasenwinkel auf einen Zielphasenwinkel zu bewegen, Qc = P(tanφ1 − tanφ2), und dann nach der Kapazität suchen, die bei der gegebenen Spannung und Frequenz so viel Blindleistung liefert: C = Qc / (2πfV²). Dies sind die Standardformeln für einphasiges Leistungsdreieck und PF-Korrektur, die in Kursen zur Analyse von Wechselstromkreisen und Stromversorgungssystemen gelehrt werden.

Eingaben und was sie bedeuten

Wirkleistung (P) ist die Leistung, die tatsächlich Arbeit verrichtet – lesen Sie sie auf einem Typenschild, einem Energiezähler oder einem Datenblatt ab, in W, kW oder MW. Scheinleistung (S) ist Spannung × Strom, in VA, kVA oder MVA; sie ist immer größer oder gleich der realen Leistung. Der Phasenwinkel (φ) ist eine alternative Möglichkeit, die gleiche Beziehung anzugeben, wenn P und S nicht beide bekannt sind. Der Lasttyp (induktiv/nacheilend vs. kapazitiv/voreilend) ändert nichts an der Größe des Leistungsfaktors, aber er ändert, ob die Last eine kapazitive oder induktive Korrektur benötigt – die meisten realen Lasten (Motoren, Transformatoren, Leuchtstoffvorschaltgeräte) sind induktiv und nacheilend. Auf der Registerkarte „Korrektur“ skalieren Ziel-PF, Spannung und Frequenz direkt die erforderliche Kapazität: Die Verdoppelung der Spannung viertelt die erforderliche Kapazität für die gleiche Blindleistung, da die kapazitive Blindleistung mit V² skaliert.

Grenzen und Randfälle

Dieser Rechner modelliert einen einphasigen (oder prophasigen) Stromkreis mit einer linearen, sinusförmigen Last. Die Dimensionierung der dreiphasigen Bank, die harmonische Verzerrung (die eine separate „Verzerrungsleistungsfaktor“-Komponente erzeugt, die dieses Tool ignoriert) oder die Schalttransienten der Kondensatorbank und das Resonanzrisiko bei vorhandener Leistungsfaktor-Korrekturausrüstung werden nicht berücksichtigt – all dies sollte ein qualifizierter Elektriker oder Energietechniker bewerten, bevor er Korrekturkondensatoren in ein reales System einbaut. Die Wirkleistung kann in einem idealen Stromkreis niemals die Scheinleistung überschreiten, daher lehnt der Rechner Eingaben ab, bei denen P > S ist, und die Registerkarte „Korrektur“ erfordert, dass der Ziel-Leistungsfaktor bei oder über dem aktuellen Leistungsfaktor liegt (Sie können nicht in Richtung eines schlechteren Leistungsfaktors „korrigieren“).