Elektrische Leistung

Elektrische Leistung

Elektrische Leistung ist die Leistung (englisch power), welche als elektrische Energie pro Zeit bezogen oder geliefert wird.

Angaben über den Bedarf von elektrischer Wirkleistung auf elektrischen Maschinen und Gebrauchsgegenständen wie beispielsweise Heizgeräten, Motoren oder auch Lampen erfolgen in Watt (Einheitenzeichen W).

Dabei ist wesentlich, welche Art von Leistung auf dem Typenschild angegeben ist. So wird bei Motoren die lieferbare mechanische Leistung angegeben, bei Lampen, Staubsaugern oder Lautsprechern dagegen die aufgenommene elektrische Leistung. Bei Generatoren, wie auch Fahrraddynamos oder Autolichtmaschinen, wird die abgegebene elektrische Leistung angegeben.

Die elektrische Leistung P, die in einem Bauelement umgesetzt wird, ist bei Gleichstrom das Produkt der elektrischen Spannung U und der Stromstärke I:

P = U \cdot I

Verhält sich der Verbraucher als ohmscher Widerstand, kann man die Leistung auch anders ausdrücken:

P = I^2\cdot R\quad \text{bzw.} \quad P = \frac {U^2} R

Bei Wechselstrom sind die Größen Spannung und Strom von der Zeit abhängig, u(t) und i(t).

Hier sind folgende Leistungsbegriffe zu unterscheiden:

  • Augenblickswert der Leistung oder auch Momentanleistung
p(t) = u(t) \cdot i(t)
  • Wirkleistung P, die tatsächlich umgesetzte Energie pro Zeit.
  • Scheinleistung S, auch als Anschlusswert oder Anschlussleistung bezeichnet. Sie wird in Voltampere (Einheitenzeichen VA) angegeben.
  • Blindleistung Q, eine im Regelfall unerwünschte und nicht nutzbare Energie pro Zeit. Sie wird in Var (Einheitenzeichen var) angegeben.

Die Größen S, P und Q sind durch Mittelwertbildung gewonnene Größen.

P =\overline {p(t)} =\frac1T\int\limits_{t_0}^{t_0+T}u(t) \cdot i(t)\,\mathrm{d}t

Dabei ist T bei periodischen Vorgängen die Periodendauer oder bei statistischen Vorgängen eine hinreichend lange Zeit (mathematisch streng:   lim T → ∞).

Die Scheinleistung wird aus den Effektivwerten der Spannung U und des Stromes I gebildet, diese sind die quadratischen Mittelwerte von Spannung und Strom,

S=U \cdot I=\sqrt{ \overline {u(t)^2}} \cdot \sqrt{ \overline {i(t)^2}}

Die Scheinleistung ist größer als die Wirkleistung bei Verbrauchern, die zwischen sich und der Quelle Energie pendeln lassen oder Verzerrungen (Oberschwingungen) hervorrufen. Der Unterschied wird angegeben durch die Gesamt-Blindleistung

Q_{\mathrm{tot}}=\sqrt{S^2-P^2}

Einzelheiten zu Leistungsmessern und zugehörigen Messschaltungen sind in Wirkleistung und Blindleistung erläutert. Messgeräte für Scheinleistung sind nicht üblich.

Einen Effektivwert der Leistung gibt es gemäß der Definition oben nicht. Die „RMS-Leistung“ \sqrt{ \overline {p(t)^2}} ist eine formale Größe in der Audiotechnik, hat jedoch mit der physikalischen Größe "Leistung" nichts zu tun.

Schwer interpretierbar sind die Leistungsangaben von Audioverstärkern oder Lautsprechern. Bei Audioverstärkern wird oft die Sinusleistung, Musikleistung, RMS-Leistung, Nennleistung oder die Spitzenleistung (PMPO) angegeben. Die Werte unterscheiden sich erheblich, haben oft wenig praktische Relevanz und vernebeln die Vergleichbarkeit.

Bei Hochton- oder Tiefton-Lautsprechern bezieht sich die Leistungsangabe oft auf die Musikleistung des gesamten Frequenzbereiches – sie ertragen diese elektrische Leistung nie im Dauerbetrieb.

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