In Wechselstromkreisen ist der Leistungsfaktor das Verhältnis der Wirkleistung , die zur Verrichtung von Arbeit verwendet wird, und der Scheinleistung , die dem Stromkreis zugeführt wird.
Der Leistungsfaktor kann Werte im Bereich von 0 bis 1 annehmen.
Wenn die gesamte Leistung Blindleistung ohne Wirkleistung ist (normalerweise induktive Last), ist der Leistungsfaktor 0.
Wenn die gesamte Leistung Wirkleistung ohne Blindleistung (ohmsche Last) ist, beträgt der Leistungsfaktor 1.
Der Leistungsfaktor ist gleich der Wirkleistung P in Watt (W) geteilt durch die Scheinleistung |S| in Voltampere (VA):
PF = P(W) / |S(VA)|
PF - Leistungsfaktor.
P - Wirkleistung in Watt (W).
|S| - Scheinleistung - die Größe der komplexen Leistung in Volt⋅Ampere (VA).
Bei sinusförmigem Strom ist der Leistungsfaktor PF gleich dem Absolutwert des Kosinus des Phasenwinkels der Scheinleistung φ (der auch der Phasenwinkel der Impedanz ist):
PF = |cos φ|
PF ist der Leistungsfaktor.
φ ist der Scheinleistungsphasenwinkel.
Die Wirkleistung P in Watt (W) ist gleich der Scheinleistung |S| in Voltampere (VA) mal Leistungsfaktor PF:
P(W) = |S(VA)| × PF = |S(VA)| × |cos φ|
Wenn die Schaltung eine ohmsche Impedanzlast hat, ist die Wirkleistung P gleich der Scheinleistung |S| und der Leistungsfaktor PF gleich 1 ist:
PF(resistive load) = P / |S| = 1
Die Blindleistung Q in Voltampere Blindleistung (VAR) ist gleich der Scheinleistung |S| in Voltampere (VA) mal Sinus des Phasenwinkels φ :
Q(VAR) = |S(VA)| × |sin φ|
Berechnung der einphasigen Schaltung aus dem tatsächlichen Leistungszählerstand P in Kilowatt (kW), der Spannung V in Volt (V) und dem Strom I in Ampere (A):
PF = |cos φ| = 1000 × P(kW) / (V(V) × I(A))
Dreiphasenschaltungsberechnung aus dem tatsächlichen Leistungsmesserwert P in Kilowatt (kW), der verketteten Spannung V L-L in Volt (V) und dem Strom I in Ampere (A):
PF = |cos φ| = 1000 × P(kW) / (√3 × VL-L(V) × I(A))
Dreiphasenschaltungsberechnung aus dem tatsächlichen Leistungsmesserwert P in Kilowatt (kW), Leiter-zu-Leiter-Nullleiter V L-N in Volt (V) und Strom I in Ampere (A):
PF = |cos φ| = 1000 × P(kW) / (3 × VL-N(V) × I(A))
Die Leistungsfaktorkorrektur ist eine Anpassung des Stromkreises, um den Leistungsfaktor nahe 1 zu ändern.
Ein Leistungsfaktor nahe 1 reduziert die Blindleistung im Stromkreis und der größte Teil der Leistung im Stromkreis ist Wirkleistung. Dies reduziert auch die Verluste der Stromleitungen.
Die Leistungsfaktorkorrektur erfolgt normalerweise durch Hinzufügen von Kondensatoren zum Lastkreis, wenn der Stromkreis induktive Komponenten enthält, wie z. B. ein Elektromotor.
Die Scheinleistung |S| in Voltampere (VA) ist gleich der Spannung V in Volt (V) mal dem Strom I in Ampere (A):
|S(VA)| = V(V) × I(A)
Die Blindleistung Q in Voltampere Blindleistung (VAR) ist gleich der Quadratwurzel aus dem Quadrat der Scheinleistung |S| in Voltampere (VA) minus dem Quadrat der Wirkleistung P in Watt (W) (Satz des Pythagoras):
Q(VAR) = √(|S(VA)|2 - P(W)2)
Qc (kVAR) = Q(kVAR) - Qcorrected (kVAR)
Die Blindleistung Q in Voltampere Blindleistung (VAR) ist gleich dem Quadrat der Spannung V in Volt (V) dividiert durch die Reaktanz Xc:
Qc (VAR) = V(V)2 / Xc = V(V)2 / (1 / (2π f(Hz)×C(F))) = 2π f(Hz)×C(F)×V(V)2
Der Leistungsfaktor-Korrekturkondensator in Farad (F), der parallel zur Schaltung hinzugefügt werden sollte, ist also gleich der Blindleistung Q in Voltampere reaktiv (VAR) dividiert durch 2π mal die Frequenz f in Hertz (Hz) mal das Quadrat Spannung V in Volt (V):
C(F) = Qc (VAR) / (2π f(Hz)·V(V)2)
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