Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stromkostenmessgerät Powerfaktor


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von Gaßtgeber (Gast)


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Was bedeutet der Power Faktor beim Stromkostenmessgerät? Habe kein 
Physikstudium, deswegen hilft mir nur eine einfache Erklärung. Könnte es 
der Wirkungsgrad sein, mit dem der abgegebene Strom im Gerät umgesetzt 
wird? Oder ist es eine theoretische Zahl die keinen praktischen Nutzen 
für Ottonormalverbraucher hat?

von Bastler (Gast)


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Gaßtgeber schrieb:
> Habe kein Physikstudium,

Ist nicht nötig:
https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsfaktor

von Gaßtgeber (Gast)


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Das ist nicht sehr eindeutig beschrieben dort. Heißt es jetzt, dass der 
Strom nicht richtig übertragen werden kann und beim Gerät nur 80 Prozent 
ankommen, wenn er 0,8 beträgt? Wenn ja warum? Weil das Gerät Probleme 
hat den Storm zu verwerten? Liegt es an den 50 Hz?

von Jemand (Gast)


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Hallo

Powerfaktor  =  Leistungsfaktor einfach nur eine sehr unglückliche 
Wortwahl, da wollte man wohl unnötig modern sein.

Der Leistungsfaktor ist nun selbst wiederum ergibt sich nun aus dem 
Verhältnis aus Wirkleistung und Scheinleistung und liegt zwischen Null 
und Eins.

Im Haushalt bzw. als typischen Haushaltskunden interessiert das zum 
Glück das EVU nur wenig, bzw. du als Kunde brauchst dir keinen Kopf 
machen.
Aber so ein Leistungsfaktor sorgt dafür das Blindströme fließen und 
Leitungen und andere Komponenten des Versorgungsnetz dafür ausgelegt 
sein müssen.
Das mag das EVU nicht den trotzdem wird nur die kleinere Wirkleistung 
übertragen bzw. steht zur Verfügung.
Ab bestimmten Werten und Leistungen muss dann elektrisch durch 
Kondensatoren, Spulen oder entsprechende elektronische Schaltungen 
kompensiert werden, oder / und die Blindleistung bezahlt werden.
Beides ist recht teuer und ist zum Glück beim typischen privaten 
Endkunden kein Thema, da die Geräte schon direkt so ausgelegt sind das 
der Leistungsfaktor gering bleibt (zumindest ab einer bestimmten schon 
erstaunlich geringen Wirkleistung) bzw. der EVU es einfach hinnehmen 
muss - wobei der das sich schon durch die unverschämt hohen 
Energiepreise indirekt auch bezahlen lässt
OT:
Es wird Zeit das endlich die politisch erzwungen Abgaben für den 
Privathaushalt wegfallen - >25ct / kWh ist einfach zu viel... schon das 
Wort "Kohlepfennig" sagt als nur ein Beispiel unter vielen bei den 
politisch / weltanschaulich erfunden Kostentreibern  so ziemlich alles 
aus...

Jemand

Jemand

von nur zufällig hier (Gast)


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Ignoriere es, der Power Faktor hat für die als Privatperson keinerlei 
Bedeutung.
Wichtig ist das was dein Stromzähler zählt. Und das wird dein Messgerät 
unter Watt vermutlich korrekt anzeigen (die Anleitung wird vermutlich 
was zur Genauigkeit sagen).

von der schreckliche Sven (Gast)


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Gaßtgeber schrieb:
> Was bedeutet der Power Faktor

Ein besseres Wort ist Formfaktor.
Dieser Faktor beschreibt die Übereinstimmung von Spannung und Strom.
Ein Widerstand hat Power Faktor 1.
Je unregelmäßiger die Stromaufnahme, z.B. Phasenanschnitt oder 
Netzteile, desto kleiner der Power Faktor.

von Dieter (Gast)


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Power Faktor von 0,5 wuerde bedeuten im 230V Netz,  dass ein Motor wenn 
dieser 230W Wirkarbeit leistet mit einem Multimeter nicht 1A sondern 2A 
gemessen wuerden.  Die Stromuaehler messen nur die Wirkleistung.

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Gaßtgeber,

Gaßtgeber schrieb:
> Was bedeutet der Power Faktor beim Stromkostenmessgerät? Habe kein
> Physikstudium, deswegen hilft mir nur eine einfache Erklärung. Könnte es
> der Wirkungsgrad sein, mit dem der abgegebene Strom im Gerät umgesetzt
> wird? Oder ist es eine theoretische Zahl die keinen praktischen Nutzen
> für Ottonormalverbraucher hat?

Für Ottonormalverbraucher hat der Power Faktor bis jetzt keinen 
praktischen Nutzen.

Um den Powerfaktor zu erklären, versuche ich es mal mit einer Analogie:

Stell' Dir vor, Du fährst zur Tankstelle um Deinen Wagen vollzutanken.

Jetzt nehmen wir an, der Sprit fließt nicht kontinuierlich, sondern 
stoßweise. Zu allem Überfluss stoppt der Spritfluss nicht nur 
zwischendurch, sondern es fließt auch Sprit wieder aus dem Tank zurück 
in die Zapfsäule.

In diesem Fall ist der "Spritfaktor" der Quotient aus echt zugeflossenem 
Sprit dividiert durch den insgesamt geflossenen Sprit.

              (Sprit rein)
Spritfaktor= -----------------------------
              (Sprit rein) + (Sprit raus)

Bei der "idealen" Tankstelle fließt der Sprit nur in den Tank rein.

Dann gilt:


              (Sprit rein)
Spritfaktor= ----------------------------- = 1/1= 1 = 100%
              (Sprit rein) + (0)

Je mehr Sprit zurückfließt, desto länger dauert der Tankvorgang und der 
"Wirkungsgrad", der Spritfaktor fällt.

Zu beachten ist, dass der Tankstellenbetreiber bei der Dimensionierung 
der Zapfleitung darauf achten muss, den Querschnitt etwas 
überzudimensionieren, damit trotz Rücklauf immer noch genügend Sprit 
schnell genug in den Tank fließt.

Gruß
Peter

P.S.: Die Experten mögen mir dieses Beispiel verzeihen!

von Gaßtgeber (Gast)


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Wirkleistung sind dann 2A oder? Die muss ich dann auch bezahlen, die 
zeigt mein Stromzähler an und das Energiekosetnmessgerät. D.h. die 
Elektronik die den Motor ansteuert kann nicht besonders gut sein, weil 
1A verloren gehen. Der Strom läuft ins Leere und vernichtet sich selbst 
kapazitiv, besser wäre dann in Kondensatoren speichern und ins System 
einspeisen. Ausserdem könnten auch noch andere umliegende Geräte Schaden 
nehmen.

von Gaßtgeber (Gast)


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Nutzen kann ich nur (Sprit rein), bezahlen muss ich (Sprit rein) + 
(Sprit raus)

von Dieter (Gast)


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Der Stromzaehler zaehlt nur die Wirkleistung, als ob nur 1A fliessen 
wuerden.  Aber Deine Zuleitungen und Sicherung muss auf 2A ausgelegt 
werden.

von Gaßtgeber (Gast)


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So, jetzt kann ich den Powerfaktor zuordnen. Wikipedia hab ich vorher 
natürlich schon bemüht, aber wie so oft auch in mathematischen Themen, 
ist sie von wenig praktischem Nutzen.

von Hunsbuckel (Gast)


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Gaßtgeber schrieb:
> So, jetzt kann ich den Powerfaktor zuordnen. Wikipedia hab ich vorher
> natürlich schon bemüht, aber wie so oft auch in mathematischen Themen,
> ist sie von wenig praktischem Nutzen.

Du sollst auch nicht rechnen - sondern musst nur wissen, dass unser 
Strom wegen EEG um eine Kugel Eis pro Monat teurer ist!

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Gaßtgeber,

ich habe noch einen Fehler entdeckt.

Der "Spritfaktor" muss anders definiert werden:

              (Sprit rein) - (Sprit raus)
Spritfaktor= -----------------------------
              (Sprit rein)

Bei der "idealen" Tankstelle fließt der Sprit nur in den Tank rein.

Dann gilt:


              (Sprit rein) + (0)
Spritfaktor= ----------------------------- = 1/1= 1 = 100%
              (Sprit rein)


Jeder kann nur [(Sprit rein) - (Sprit raus)] nutzen, also das "netto".

Industrieverbraucher zahlen (Sprit rein), weil (Sprit raus) sinnlos die 
Netze belastet.
Damit gibt es einen Anreiz, das (Sprit raus) zu minimieren.

Beim Privatverbraucher geht man anders vor, z.B. mit der 
Regulierungskeule.
Neue PC-Netzteile durften ab einem bestimmten Zeitpunkt den 
"Wirkungsgrad" von 95%? nicht unterschreiten.

Gruß
Peter

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Hier noch die kanonische Illustration zur Frage:

https://img01.lachschon.de/images/72663_wissen_leicht_gemacht.jpg

von Gaßtgeber (Gast)


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Der Wirkungsgrad des Powerfaktors bzw. Leistungsfaktors betrifft aber 
nur den der Stromübertragung. Daraus müsste man dann den Wirkungsgrad 
den das Gerät mit der Wirkleistung erzielt errechnen. Angenommen 
Powerfaktor 80% und Wirkungsgrad Gerät 50% macht Gesamtwirkungsgrad von 
40%.

von Thorben (Gast)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Ein besseres Wort ist Formfaktor.
> Dieser Faktor beschreibt die Übereinstimmung von Spannung und Strom.
> Ein Widerstand hat Power Faktor 1.
> Je unregelmäßiger die Stromaufnahme, z.B. Phasenanschnitt oder
> Netzteile, desto kleiner der Power Faktor

Du verwechselst das mit dem Crest-Faktor.

von Michael B. (laberkopp)


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Gaßtgeber schrieb:
> Das ist nicht sehr eindeutig beschrieben dort. Heißt es jetzt, dass der
> Strom nicht richtig übertragen werden kann und beim Gerät nur 80 Prozent
> ankommen, wenn er 0,8 beträgt? Wenn ja warum? Weil das Gerät Probleme
> hat den Storm zu verwerten?

Das ist eine gar nicht so schlechte Laienbeschreibung.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Gaßtgeber schrieb:
> Der Wirkungsgrad des Powerfaktors bzw. Leistungsfaktors betrifft aber
> nur den der Stromübertragung.

Weia. Hier ist ja alles falsch. Weder hat der Leistungsfaktor etwas mit 
der Stromübertragung zu tun noch mit dem Wirkungsgrad.

Es geht um Blindleistung und wie groß die im Vergleich zur Wirkleistung 
ist. Leider ist das Konzept von Blindleistung einem technischen Laien 
schwer begreiflich zu machen. Vereinfachungen tragen immer die Gefahr in 
sich, bestimmte Aspekte so weit zu verzerren, daß sie wieder falsch 
sind.

von Blindschleiche (Gast)


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Hmm... Axel hat da schon recht: Ganz so leicht ist das alles nicht 
vermittelbar. Ich versuche mal einen Anfang bei AC, Spule, Kondensator - 
also lineare Lasten. Hierbei zu Hilfe nehmen kann man das Bild rechts 
bei:

https://de.wikipedia.org/wiki/Wirkleistung#Darstellung_mit_Zeitfunktionen

Es hat schon "mit den 50Hz zu tun"... ist halt Wechselspannung.  wobei 
sich ja ständig wiederholt das Vorzeichen der Spannung ändert. Und es 
ist auch eine Frage dessen, was genau als Verbraucher, als Last also, 
daran "hängt".

Bei einem Widerstand als Last an Wechselspannung folgt der Strom immer 
der Richtung der gerade anliegenden Spannung (ändert also ebenfalls 50 
mal pro Sekunde die Richtung). Doch viele Lasten sind eben keine reinen 
Widerstände.

Wirkleistung jedoch entsteht in einer Last nur zu der Zeit, in der der 
Stromfluß der Spannung folgt, wie er es beim Widerstand (als einfachste 
Art Last) auch täte.

Eine Spule / Induktivität an den 230V~ / 50Hz erzeugt eine zeitliche 
Verschiebung (diese ist immer <= 1/4 Periode/Vollwelle, bzw. 1/2 
Halbwelle) des Stromes in Bezug auf die Versorgungsspannung. Man kann 
sich idealisiert einen Stromsinus etwas "hinter" dem Spannungssinus 
vorstellen.

[Das sieht man auch auf o. g. Bild - der rote "i-Sinus" (Strom) kommt 
zeitlich etwas hinter dem blauen "u-sinus" (Spannung).]

Ein Kondensator / Kapazität tut "das Gegenteil" - der Stromfluß erreicht 
schon vor der Spannung das Maximum, idealisiert ein dem Spannungssinus 
"vorgesetzter" Stromsinus.

In beiden Fällen entstehen so aber Zeiträume, in denen der Strom NICHT 
"in der richtigen Richtung" fließt - auf die Versorgungsspannung 
bezogen. Während besagter Zeitpunkte ist die Leistung dann negativ! Und 
die in Spule oder Kondensator gespeicherte Energie fließt zum Teil ins 
Netz zurück.

[Auf dem Bild ist auch die Leistung P aufgetragen, in grün. Hier sieht 
man schön die negativen Anteile, die bei einer Induktivität entstehen.]

Es pendelt also ein Teil der Leistung hin und her, weil Spulen und 
Kondensatoren - im Gegensatz zu einer Ohmschen Last = Widerstand - 
energiespeichernde Eigenschaften haben. (Logischerweise erzeugt der 
erhöhte Stromfluß auch erhöhte Verluste - die Leitungen müssen 
dementsprechend ausgelegt werden.) Wegen der obigen Betrachtungsweise 
nennt man das Ergebnis auch "Verschiebungsblindleistung".

Motoren mit viel Strombedarf, und darauffolgend hohe induktive 
Belastung, sind deshalb ein bekanntes Industrieproblem. Oft werden vor 
die Motoren dann Kondensatoren bestimmter Kapazität vorgeschaltet. So 
läßt sich fürs Netz (also ab dem Kondensator) der hohe Blindstrom 
vermeiden.

Diese Verschiebungsblindleistung kann man also auch ganz einfach mit 
passiven Bauteilen kompensieren ...

Leider gibt es noch eine weitere Art Blindleistung: Die 
Verzerrungsblindleistung. Diese kann man nicht auf die selbe Weise 
"bekämpfen" - doch das darf jemand anderes zu erklären suchen jetzt, 
denn ich brauche jetzt ein gut eingeschenktes Bier. (Zu viel 
Blindleistung im Kopf.)

von der schreckliche Sven (Gast)


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Thorben schrieb:
> Du verwechselst das mit dem Crest-Faktor.

Hallo Thorben, der Crest-Faktor beschreibt das Verhältnis Effektiv - zu 
Spitzenwert einer Wechselspannung, und ich habe nichts verwechselt.

von Manfred (Gast)


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der schreckliche Sven schrieb:
>> Du verwechselst das mit dem Crest-Faktor.
> Hallo Thorben, der Crest-Faktor beschreibt das Verhältnis Effektiv - zu
> Spitzenwert einer Wechselspannung, und ich habe nichts verwechselt.

Am Beginn Deines Posts habe ich das auch gedacht, aber aus dem 
restlichen Text ergibt sich der Sinn, alles gut.

Wenn Du anstatt "Verhältnis WechselSPANNUNG"  WechselGRÖSSE sagst, ist 
dieser Faktor auch beim Strom vorhanden: Es muß nicht immer 
Phasenverschiebung sein, der Stromfluß von Netzgeräten folgt selten dem 
Sinus.

Das hat mich schon vor 20 Jahren verarscht, Ringkerntrafo - 
Gleichrichter - Elko, die vom DVM angezeigten Ströme erschienen mir 
unglaubwürdig und musste mit dem Scope schauen. Und bei nicht 
kompensierten Primärschaltnetzteilen ...

von jz23 (Gast)


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Eigentlich ist das mit Blind- und Wirkleistung gar nicht so schwer: Die 
Spannung in unserem Wechselstromnetz ist Sinusförmig mit 50 Herz (Also 
wechselt 100mal pro Sekunde das Vorzeichen).
Leistung ist definiert als Spannung mal Stromstärke. Bei Gleichstrom ist 
das auch weiter kein Problem.
Hängt man jetzt an unser Wechselstromnetz einen Widerstand (Glühbirne, 
Herdplatte [keine Induktion]), dann gilt natürlich das ohmsche Gesetz 
mit U=R*I. Der Strom ist also proportional zur Spannung, er fährt also 
denselben Sinus, den auch die Spannung macht. Am Widerstand wird also 
die Leistung P=U*I umgesetzt.
Jetzt zur Wirk- und Blindleistung: Die Wirkleistung ist der Mittelwert 
der Momentanleistung. Man stellt sich also vor, dass man sozusagen 
unendlich oft misst während einer Periode der Spannung, wieviel Leistung 
gerade abfällt und anschließend den Mittelwert bildet.
Wenn man jetzt einen nicht-ohmschen Verbraucher hat (Ein Kondensator, 
eine Spule, ein Motor, ein Trafo, ein Gleichrichter), dann ist der Strom 
nicht mehr proportional zur Spannung. Beim Kondensator fließt der größte 
Strom immer dann, wenn die Spannung sich am stärksten ändert, also im 
Nulldurchgang, bzw. um 90° phasenverschoben. Rechnet man jetzt an jedem 
Punkt Strom*Spannung und integriert das (Und teilt anschließend durch 
die Zeit), erhält man eine Wirkleistung von 0W, obwohl jede Menge Stroom 
fließt.
Das führt jetzt zum Begriff der Scheinleistung: Wenn man einzeln Strom 
und Spannung (quadratisch) mittelt, erhält man einen von 0 verschiedenen 
Wert - durch den Kondensator fließt ja Strom, nur halt so versetzt, dass 
das Mittel über die Momentanleistung 0 ist.
Blindleistung ist jetzt die Differenz zwischen Scheinleistung und 
Wirkleistung. Im Wesentlichen kann man also folgendes sagen: Die 
Wirkleistung ist das, was man nutzt, die Scheinleistung ist das, was die 
Leitung belastet (Außerdem macht eine hohe Blindleistung für den 
Netzbetreiber Probleme). Der Leistungsfaktor gibt schlicht das 
Verhältnis aus Wirk- zu Scheinleistung an. Hast du also einen cos(phi) 
von 1, dann ist die Wirkleistung genauso hoch wie die Scheinleistung, 
der Strom ist proportional zur Spannung und du hast die wenigsten 
Verluste in der Leitung. Hast du einen cos(phi) von 0, dann wird die 
Leitung belastet, du hast aber keine Leistung, die bei dir "ankommt" am 
Verbraucher.

von Manfred (Gast)


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jz23 schrieb:
> Eigentlich ist das mit Blind- und Wirkleistung gar nicht so schwer:

Wirkleistung abschätzen: Man holt sich Strom und Spannung auf ein 
Zweikanalscope und zählt die Kästchen, wo sich beide Kurven überdecken.

von jz23 (Gast)


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Manfred schrieb:
> Wirkleistung abschätzen: Man holt sich Strom und Spannung auf ein
> Zweikanalscope und zählt die Kästchen, wo sich beide Kurven überdecken.

Oder man hat ein Oszi, was multiplizieren und integrieren kann ;-)

von Wühlhase (Gast)


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Dieter schrieb:
> Power Faktor von 0,5 wuerde bedeuten im 230V Netz,  dass ein Motor wenn
> dieser 230W Wirkarbeit leistet mit einem Multimeter nicht 1A sondern 2A
> gemessen wuerden.  Die Stromuaehler messen nur die Wirkleistung.
Nicht ganz...man würde in diesem speziellen Fall vielmehr
 messen.

@Gaßtgeber:
Das Ding mit dem Leistungsfaktor ist eigentlich recht einfach. Du hast 
bei allen Betriebsmitteln Induktivitäten und Kapazitäten, welche 
Energiespeicher sind.

Wenn du einen Kondensator lädst oder eine Spule bestromst, wird in 
diesen Bauteilen Energie gespeichert indem ein elektrisches bzw. ein 
magnetisches Feld aufgebaut wird. Beim Abschalten werden diese Felder 
und damit die gespeicherte Energie wieder abgebaut. Wird das Bauteil 
umgepolt und wieder Spannung angelegt werden die Felder wieder 
aufgebaut-aber in die andere Richtung.

Beim Dauerbetrieb an Wechselspannung passiert genau das gleiche, nur 
eben dauernd. Diese hin- und herpendelnde Energie (für Korinthenkacker: 
die über die Zeit hin- und herpendelnde Energie) wird Blindleistung 
genannt.

Wirkleistung ist das, was du physikalisch tatsächlich nutzt (auch das, 
was deine Geräte in Wärme umsetzen, hat also nix mit dem Wirkungsgrad zu 
tun). Und Scheinleistung ist die quadratische(!) Summe aus Blind- und 
Wirkleistung.

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