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Formeln: Wechselstrom, Blindwiderstand und Leistung

Frequenz, Effektivwert, Blind- und Scheinwiderstand, die drei Leistungen mit Leistungsfaktor, Kompensation, Resonanz und Zeitkonstanten.

QCφP Wirkleistung in WQBlindleistungin varS Scheinleistung in VAnach KompensationS = U · IP = S · cos φQ = S · sin φS² = P² + Q²cos φ = P / S
Kondensatoren liefern die Blindleistung des Motors vor Ort (Kompensation): Q und damit S und der Strom in der Zuleitung werden kleiner, die Wirkleistung P bleibt gleich.
GesuchtFormelGrößen und EinheitenBeispiel
PeriodendauerT = 1fT in s, f in Hz50 Hz → T = 20 ms
Kreisfrequenzω = 2 · π · fω in 1/s50 Hz → ω = 314 1/s
Effektivwert (Sinus)U = û√2û Scheitelwertû = 325 V → U = 230 V
Induktiver BlindwiderstandXL = 2 · π · f · LX in Ω, L in H50 Hz, 0,1 H → XL = 31,4 Ω
Kapazitiver BlindwiderstandXC = 12 · π · f · CC in F50 Hz, 10 µF → XC = 318 Ω
Scheinwiderstand (Reihe)Z = √R2 + (XL − XC)2Z in ΩR = 30 Ω, X = 40 Ω → Z = 50 Ω
ScheinleistungS = U · IS in VA230 V · 5 A → S = 1150 VA
WirkleistungP = U · I · cos φP in Wbei cos φ = 0,8 → P = 920 W
BlindleistungQ = U · I · sin φQ in varbei sin φ = 0,6 → Q = 690 var
LeistungsdreieckS = √P2 + Q2√(920² + 690²) → S = 1150 VA
Leistungsfaktorcos φ = PSohne Einheit920 W ÷ 1150 VA → cos φ = 0,8
Kompensation: BlindleistungQC = P · (tan φ1 − tan φ2)φ₁ vorher, φ₂ nachher10 kW von cos φ 0,7 auf 0,95 → QC = 6,9 kvar
Resonanzfrequenzf0 = 12 · π · √L · Cf in Hz10 mH und 1 µF → f₀ = 1,59 kHz
Zeitkonstante RCτ = R · Cτ in s; nach 5 τ geladen10 kΩ · 100 µF → τ = 1 s
Zeitkonstante RLτ = LRτ in s0,5 H ÷ 10 Ω → τ = 50 ms
Bei Sinusgrößen gilt cos φ als Leistungsfaktor; bei verzerrtem Strom (Netzteile, Umrichter) ist der Leistungsfaktor λ = P ÷ S kleiner als cos φ. Zeitkonstante: nach 1 τ sind 63 %, nach 5 τ rund 99 % erreicht.

Quelle: Grundgleichungen der Wechselstromtechnik, sinngemäß. Richtwerte für die Praxis, maßgeblich sind die gültigen Normen und Herstellerangaben.

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