Praktischer Leitfaden zur Leistungsfaktorkorrektur in AC-Systemen

Wenn ein AC-System einen niedrigen Leistungsfaktor aufweist, können Sie sich typischerweise nicht auf präzise Induktivitätswerte für Korrekturberechnungen verlassen.

Falls verfügbar, liefert ein Leistungsfaktormesser den momentanen Leistungsfaktorwert (zwischen 0 und 1) und die Scheinleistung, die durch Multiplikation der gemessenen Spannung mit dem gemessenen Strom erhalten wird.

Wenn kein Messgerät verfügbar ist, kann ein Oszilloskop eingesetzt werden, um Spannungs- und Stromwellenformen zu vergleichen, den Phasenversatz in Grad zu bestimmen und den Leistungsfaktor als Kosinus dieses Versatzes zu berechnen.

Typischerweise misst ein Wattmeter die wahre (reale) Leistung. Der Vergleich seiner Anzeige mit der aus Spannungs- und Strommessungen berechneten Scheinleistung ergibt sowohl Blindleistung als auch den Leistungsfaktorwert.

Beispielproblem

Unten ist eine vereinfachte Darstellung des Messaufbaus:

Wattmeter zeigt Wirkleistung; das Produkt aus Volt- und Amperemeterablesung ergibt Scheinleistung.

Scheinleistung in kVA berechnen

Die Scheinleistung (S) wird berechnet, indem Lastspannung (V) mit Laststrom (I) multipliziert wird. Die Umrechnung in Kilovoltampere (kVA) erfolgt durch Division durch 1.000.

Das Ergebnis, 2,308 kVA, übersteigt die Wirkleistung von 1,5 kW bei weitem, was auf einen Leistungsfaktor weit unter 1 hinweist.

Leistungsfaktor bestimmen

Der Leistungsfaktor (PF) ist das Verhältnis von Wirkleistung (P) zu Scheinleistung (S):

Blindleistung über den Satz des Pythagoras

Mit der Scheinleistung als Hypotenuse und der Wirkleistung als Ankathete wird die Blindleistung (Q) durch den „rückwärts“ angewendeten Satz des Pythagoras gefunden:

Leistungsfaktorkorrektur mit einem Kondensator

Induktive Lasten – wie Motoren – weisen einen nachlaufenden Leistungsfaktor auf. Eine parallel geschaltete Kondensatorbank liefert führende Blindleistung, um den induktiven Beitrag zu kompensieren.

Aus der Blindleistung von 1,754 kVAR wird die benötigte Kapazität (C) bei 240 V berechnet als:

Auf 80 µF gerundet, beträgt der kapazitive Blindwiderstand (Xc) 33,157 Ω, was einen Strom von 7,238 A und eine Blindleistung von 1,737 kVAR (nur Kondensator) ergibt. Da der Kondensatorstrom 180° aus der Phase zum induktiven Strom liegt, subtrahiert seine Blindleistung direkt von der Lastblindleistung.

Obwohl die Wirkleistung unverändert bleibt, werden die Scheinleistung und der Gesamtstrom, der aus der 240-V-Quelle gezogen wird, signifikant reduziert.

Die neue Scheinleistung wird aus der angepassten Blindleistung mittels Satz des Pythagoras berechnet:

Leistungsdreieck vor und nach Kondensatorkorrektur.

Kernaussage

Die Implementierung einer richtig dimensionierten Kondensatorbank verbessert nicht nur den Leistungsfaktor, sondern senkt auch die Scheinleistung, reduziert Leiterströme und kann zu erheblichen Energiekosteneinsparungen führen.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• AC-Leistung Arbeitsblatt