Verzerrungsblindleistung

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Die Verzerrungsblindleistung ist ein Begriff der Elektrotechnik und beschreibt eine spezielle Form der Blindleistung, die in Wechsel- bzw. Drehstromnetzen an so genannten nichtlinearen Verbrauchern auftritt. Der Begriff ist in der Literatur nicht einheitlich gewählt. Alternative Begriffe sind Verzerrungsleistung, Oberschwingungsblindleistung oder Oberwellenblindleistung.

Inhaltsverzeichnis

1 Allgemeines
2 Vektorielle Darstellung
- 2.1 Zusammenhang mit dem Klirrfaktor
- 2.2 Beispiele
3 Siehe auch
4 Literatur

[Bearbeiten] Allgemeines

Stromversorgungsnetze werden praktisch ausschließlich mit sinusförmiger Wechselspannung betrieben und an linearen Bauteilen wie elektrische Widerstände oder so genannten Blindwiderständen ist der Strom auch von sinusförmigem Verlauf. Es tritt dann keine Verzerrungsblindleistung auf.

Die Ursache der Verzerrungsblindleistung sind nichtlineare elektrische Baugruppen, wie Gleichrichter in Netzteilen, Wechselrichter oder auch magnetische Bauteile, die magnetische Sättigungserscheinungen zeigen. Diese Baugruppen verursachen in den Leitungen nicht-sinusförmige Wechselströme. Dieser nicht-sinusförmige Verlauf ist als eine Summe von so genannten Oberschwingungen darstellbar. Diese Oberschwingungen des Stromes in Kombination mit der sinusförmigen Netzspannung ergeben Blindleistungsanteile, die als Verzerrungsblindleistung bezeichnet werden.

Der Begriff rührt daher, dass nichtlineare elektrische Bauteile den sinusförmigen Verlauf verzerren. Die dabei auftretenden Oberschwingungen können auch die Ursache von Störungen sein.

[Bearbeiten] Vektorielle Darstellung

Zeigerdiagramm der Wirkleistung P, Blindleistung Q und Verzerrungsblindleistung D

In nebenstehender Abbildung ist das Zeigerdiagramm als dreidimensionale Anordnung von Vektoren dargestellt. Die Wirkleistung P ist dabei jene Leistung, die an einem Verbraucher tatsächlich entsprechende Leistung erbringt, beispielsweise Drehbewegung eines Elektromotors oder die Temperatursteigerung einer Elektroheizung. Die Blindleistung Q ist eine Leistungskomponente, die infolge der Energiespeicherung in den induktiven oder kapazitiven Anteilen der Verbraucher periodisch zwischen Erzeuger (Kraftwerk) und Verbraucher hin- und herpendelt und an sich unerwünscht ist, da sie Leitungen zusätzlich belastet. Die Scheinleistung der Grundschwingung S1 ist die vektorielle Summe dieser beiden Komponenten.

Bei Oberschwingungen kommt eine dritte Komponente, die Verzerrungsblindleistung D hinzu, die nur die Blindleistung in den Oberschwingungen darstellt. Ist I₁ der Effektivwert des Grundschwingungsstromes und sind I₂, I₃ usw. die Effektivwerte der Oberschwingungsströme, mit U als Effektivwert der Spannung, so lässt sich der Betrag der Verzerrungsblindleistung ausdrücken als:

$D = U \sqrt{I_2^2 + I_3^2 + \cdots}$

Der gesamte Betrag der Scheinleistung S ist im allgemeinen Fall gegeben durch:

$S = \sqrt {P^2 + Q^2 + D^2} = U \sqrt{I_1^2 + I_2^2 + I_3^2 + \cdots}$

[Bearbeiten] Zusammenhang mit dem Klirrfaktor

Die Verzerrungsblindleistung lässt sich auch mit dem Klirrfaktor k und der Scheinleistung S ausdrücken:

$D = S \cdot k$

[Bearbeiten] Beispiele

Bei idealen, linearen Blindwiderständen wie Kondensatoren oder Induktivitäten tritt keine Verzerrungsblindleistung D auf, sondern ausschließlich die Grundschwingungsblindleistung Q.
Bei einem mit einer Diode in Serie geschalteten ohmschen Lastwiderstand R, z. B. einer Glühlampe, tritt an einer sinusförmigen Wechselspannungsquelle mit der Effektivspannung U zwar keine Blindleistung Q in der Grundschwingung auf, da der Energiespeicher fehlt, sondern nur eine Wirkleistung P und Verzerrungsblindleistung D infolge der Oberschwingungen. Bemerkenswert dabei ist, dass in dieser Schaltung, in der die Glühlampe R mit dem Einweggleichrichter betrieben wird, die Wirkleistung P betragsmässig gleich groß der Verzerrungsblindleistung D ist und den Betrag

$P = D = \frac{U^2}{2R}$

aufweist. Da diese Einweggleichrichtung dem Laststrom einen Gleichstromanteil aufprägt, ist bei größeren Leistungen diese Form des einfachen Dimmens von Glühlampen durch Vorschalten einer Diode nicht mehr zulässig. Der vorgeschaltete Ortsnetztransformator könnte ansonsten vormagnetisiert werden und damit im ungünstigsten Fall in die Sättigung geraten.