Leistungsfaktor

Induktivitäten (Leiterspulen) und Kapazitäten (Kondensatoren) in elektronischen Schaltungen beeinflussen bei Anlegen einer elektrischen Spannung U den zeitlichen Verlauf des elektrischen Ladungstransports - des Stroms I - in der Schaltung. Kondensatoren sind Ladungsspeicher und weisen einen Ladestrom auf, der bei Konstant anliegender Spannung zum Erliegen Kommt, wenn der Kondensator vollständig geladen ist. Induktivitäten verzögern den Ladungstransport. Bei Anlegen einer Wechselspannung führt beides zu einer periodischen, zeitlichen Verschiebung der Größe des Stromflusses I(t) gegenüber der Höhe der anliegenden Spannung U(t) - einer Phasenverschiebung φ.

Die Phasenverschiebeung φ kann negativ oder positiv auftreten

mit der Periodendauer 2π (Radiant) der Wechselspannung.

Abbildung 3.181: Leistungsfaktorkorrektur bei einer T8-Leuchte (36 Watt) durch Kompensation

Die Leistungsaufnahme der elektronischen Schaltung ist zu jedem Zeitpunkt

Integriert man Strom I(t) und Spannung U(t) über eine Periodendauer so ergibt sich die sogenannte Wirkleistung PWirk als zeitlicher Mittelwert von P(t) zu

mit U und I als zeitliche Mittelwerte von Spannung und Strom2 (Nennspannung und Nennstrom).

Der Faktor cosφ wird als Leistungsfaktor häufig mit dem griechischen Buchstaben λ bezeichnet3.

Das Produkt aus den Nennwerten von Strom und Spannung ohne Berücksichtigung des Leistungsfaktors wird als Scheinleistung PSchein. bezeichnet. Die Differenz zwischen Scheinleistung und Wirkleistung ist die Blindleistung PBlind.

Auf Grund der entgegengesetzten Richtungen der Phasenverschiebungen von Spulen und Kondensatoren ist es möglich, Schaltungen so zu gestalten, dass die auftretenden Phasenverschiebungen sich aufheben, wodurch das Auftreten einer Blindleistung vermieden wird.

Mit der Blindleistung ist immer auch ein Blindstrom IBlind verbunden. Der Wirkleistung wird entsprechend ein Wirkstrom IWirk zugeordnet. Jedoch wird die Scheinleistung nicht durch einen „Scheinstrom” verursacht, sondern durch den Gesamtstrom IGesamt, der im Leitungssystem fließt und somit auch die Leitungen belastet.

Insbesondere muss bei der Dimensionierung der elektrischen Anlage der Gesamtstrom IGesamt zu Grunde gelegt werden (siehe auch Kapitel „Leitungsquerschnitte und Leitungsschutzschalter").

Für Zweckleuchten mit einer Leistungsaufnahme ab 25 Watt fordert die Leuchtenbaunorm EN 60598, dass der Blindstromanteil maximal 10% ihres in Volllast verursachten Gesamtstroms betragen darf.

TRILUX-Leuchten weisen grundsätzlich einen Leistungsfaktor ≥ 0, 9 auf, auch wenn ihre Anschlussleistung - was auf Grund der Einführung der LED häufig der Fall ist - die Anschlussleistung der Leuchte unter 25 Watt beträgt.

Induktive Leuchten (mit magnetischem Vorschaltgerät) sind zur Einhaltung der Forderung nach dem Leistungsfaktor zu Kompensieren (siehe Kapitel „Blindleistungskompensation”).

Leuchten mit dimmbaren elektronischen Betriebsgeräten weisen im gedimmten Betrieb oder im Standby-Betrieb häufig einen sehr viel Kleineren Leistungfaktor als 0,9 auf. Dies ist zulässig. Bei der Messung der Leistungsaufnahme im Dimmbetrieb oder der Standby-Leistung muss dies messtechnisch jedoch berücksichtigt werden.

Dies gilt bei sinusförmigem Spannungsverlauf, der im Versorgungsnetz gewährleistet ist, für einen ebenfalls sinusförmigen Stromverlauf. In der Praxis tragen auch Oberschwingungsanteile des Stromes, die nicht mit einer Phasenverschiebung zur Grundschwingung beschrieben werden können, zum Leistungsfaktor bei.

Bei Abweichungen des Stromverlaufs von der Sinusform auf Grund von Oberschwingungen ergibt sich
, mit K als dem Klirrfaktor und φ1 als der Phasenverschiebung der Grundschwingung
(siehe Abbildung).