Bestimmung des Leistungsfaktors
Sowohl im Elektromotor als auch im Transformator ist es für den Betrieb notwendig, ein Magnetfeld zu erzeugen. Dieses Feld in Wechselstromkreisen variiert sinusförmig und die damit verbundene Energie fließt für eine Halbperiode vom Generator zum Stromabnehmer und kehrt für die nächste Halbperiode zum Generator zurück.
Diese Energie wird Blindenergie genannt. Sein Fluss äußert sich in Form eines der Spannung nacheilenden Zusatzstroms, wie in Abb. 1, Kurve c. Dieser vom Generator zum Empfänger und umgekehrt fließende Strom leistet keine Nutzarbeit, sondern verursacht nur eine zusätzliche Erwärmung der Drähte, also zusätzliche Verluste an Wirkenergie.
Lesen Sie hier mehr zum Thema Blindleistung: Wechselstromversorgung und Leistungsverluste
Die im Draht fließenden Wirk- und Blindströme addieren sich zu einem Gesamtstrom, der mit einem Amperemeter gemessen wird. Das Produkt aus Gesamtstrom und Spannung wird Scheinleistung genannt.
Das Verhältnis der Wirkleistung zur Gesamtleistung heißt Leistungsfaktor... Zur Vereinfachung technischer Berechnungen wird der Leistungsfaktor ausgedrückt als Kosinus des bedingten Winkels «phi» (weilφ).
Bei unterschiedlichen Lasten wird der durchschnittliche Leistungsfaktor über einen Zeitraum ermittelt. Zur Bestimmung des Leistungsfaktors werden die Messwerte der Wirk- und Blindzähler verwendet, wodurch Sie den gewichteten Durchschnittswert von tgφ für den gesamten Zeitraum ermitteln können, in dem Energie verbraucht wurde.
Wenn wir den Blindenergieverbrauch durch den Wirkenergieverbrauch dividieren, erhalten wir einen Wert, der „Phi“-Tangens genannt wird:
tgφ = Wreaction /WAct
Bestimmung von tgφcf, Ermitteln des Wertes von cosφ.
Der Leistungsfaktorwert kann auch aus den Messwerten des Voltmeters, Amperemeters und Wattmeters nach folgenden Formeln ermittelt werden:
für Einphasenstrom cosφ = P / UI
für Drehstrom cosφ = P /(1,73UlinAzlin)
Reis. 1. Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung: a – Spannungskurve, b – aktive Stromkurve, c – kapazitive Stromkurve, d – induktive Stromkurve
Der Leistungsfaktor kann mit einem Zeigermessgerät ermittelt werden. Weitere Details finden Sie hier: So messen Sie den Leistungsfaktor
Bestimmung des cosφ mit einer elektrischen Zange
Mit Phasenmessern oder Wattmetern ist es möglich, den Leistungsfaktor einzelner elektrischer Empfänger oder Netzabschnitte bei leicht wechselnder Belastung zu bestimmen. Diese Methoden sind jedoch schwierig, da sie eine Unterbrechung der Stromkreise erfordern und bei Hochleistungsinstallationen die Einbeziehung von Stromwandlern erforderlich ist.
Um den cosφ zu messen, ohne den Stromkreis zu unterbrechen, wird eine Methode mit einer Strommesszange vom Typ D90 verwendet.
Messklemme D90
In dreiphasigen Stromkreisen mit ausgeglichener Belastung wird die Leistung in einer Phase gemessen. Dazu wird einer der Drähte der Leitung mit dem Magnetkreis der Klemme abgedeckt, der Generatoranschluss des Parallelkreises des Wattmeters mit derselben Phase und der zweite mit dem Neutralleiter verbunden. Anschließend werden mit einer Zange vom Typ Ts91 oder Ts4505 der Strom in der Phase und die Phasenspannung gemessen.
Der Leistungsfaktor wird nach der Formel berechnet: cosφ = P / UI
Beim Arbeiten mit Messklemmen sind Sicherheitsmaßnahmen zu beachten.