Diskussion:Komplexe Leistung (Elektrotechnik)

Erster Kommentar

Hallo Benutzer:Reseka!

Mein erste Eindruck vom Artikel ist, dass er recht umfangreich ausgefallen ist. Wo ich kürzen würde, ohne viel zu verlieren, danach habe ich noch nicht gesucht.

Ein Problem habe ich mit der Legende zur Zeichnung. Die Ordinatenachse trägt ausschließlich (mit voller Absicht!) die Beschriftung $p(t)$. Die Zeichnung zeigt dazu Augenblickswerte bei einer gegebenen Belastung in Kurve 1 und deren Aufspaltung in zwei Komponenten. Nach meinem Kenntnisstand gibt es kein $q(t)$. Laut Blindleistung steht dieser Begriff (und auch der Begriff Wirkleistung) ausschließlich für eine zeitunabhängige Größe. Die um die Höhe 0 pendelnde Komponente von $p(t)$ hat lediglich die Amplitude einer Blindleistung; es ist aber nicht die Blindleistung selbst. Entsprechendes gilt für die Amplitude und den Mittelwert der Kurve 3, nicht für die Wirkleistung selbst.

Frage zur komplexen Wechselstromrechnung: Sollte man das Kapitel zur Leistung komplett streichen bis auf den Link zum neuen Artikel? Nur die Zeichnung dort noch übertragen? --der Saure 19:49, 13. Apr. 2019 (CEST)

Nachtrag: Deine Legende auf der Diskussionsseite zur Blindleistung hat dasselbe Problem. Da teilt (unwissend) Modalanalytiker meine Auffassung. --der Saure 20:05, 13. Apr. 2019 (CEST)

Ja, hier habe ich eine falsche Bezeichnung gewählt. In der Literatur (z. B. „Paul“) spricht man von momentaner Wirkleistung oder Wirkleistungsschwingung bzw. momentaner Blindleistung oder Blindleistungsschwingung. Ich würde letztere Bezeichnung bevorzugen.

Das Kapitel Komplexe Leistung in der Komplexen Wechselstromrechnung würde ich nicht vollständig streichen, sondern nur die Herleitung am Anfang weglassen, aber Definition und Komponenten belassen. --Reseka (Diskussion) 21:21, 13. Apr. 2019 (CEST)

Nochmal, bedenke, was dir Modalanalytiker geschrieben hat: Es gibt keine "Momentanwerte der Verschiebungsblindleistung" (die ebenso wenig existieren wie Momentanwerte der Wirkleistung). Bitte vermeide Begriffe wie Blindleistungsschwingung, die suggerieren, als ob da z.B. Blindleistung schwingt. Es gibt keine Augenblickswerte von Q oder von P! Alle drei Kurven sind Aussagen zu $p(t)=u(t)\;i(t)$. Die Kurve 2 zeigt lediglich, welcher Anteil von $p(t)$ nutzlos (Mittelwert = 0) auf der Leitung liegt. Vielleicht findest du weniger missverständliche Literatur. Eine hervorrragende Darstellung findest du in DIN 40110-1, die ich dir dringend empfehle, auch zur komplexen Leistung. Viele Lehrbücher beziehen sich ausdrücklich auf diese Quelle. --der Saure 10:30, 14. Apr. 2019 (CEST)

Ich habe die Begriffe „entschärft“. --Reseka (Diskussion) 16:54, 14. Apr. 2019 (CEST)

Analyse der Momentanleistung

Momentane Leistung $p(t)$

Ergänzungsvorschlag: Hinzufügen,

• dass "... die aus [der] klassischen Leistungsberechnung bekannte Formel

$p(t)=P\cdot \left(1+\cos {2(\omega t+\varphi _{i})}\right)-Q\cdot \sin {2(\omega t+\varphi _{i})}$" zum Kosinus-Ansatz von $u$ und $i$ gehört.

• Ferner die der Graphik zu Grunde liegenden Werte für $\varphi$ und $\varphi _{i}$.--Modalanalytiker (Diskussion) 08:33, 14. Jul. 2019 (CEST)

Zum ersten Punkt habe ich zwei Ergänzungen vorgenommen. Die (schon vorhanden gewesene) Graphik habe ich „unkritisch“ eingebaut. Ich werde mal analysieren, ob ich die Übereinstimmung zum Text durch textliche Ergänzung und/oder durch eine neue Graphik herstellen kann. --Reseka (Diskussion) 09:58, 14. Jul. 2019 (CEST)

M. E. kann das Bild so stehen bleiben. Ich komme auf $\varphi =-40^{\circ }$ und $\varphi _{i}=90^{\circ }$. --Modalanalytiker (Diskussion) 12:07, 14. Jul. 2019 (CEST)

Ja - das vorhandene Bild entsteht mit $\varphi _{u}=50^{\circ }$ und $\varphi _{i}=90^{\circ }$. --Reseka (Diskussion) 17:32, 16. Jul. 2019 (CEST)

Abschnitt Definition

Die Leistungsformeln - auch die für die komplexe Leistung - sind in beiden Zählpfeilsystemen identisch. Deshalb sollte "(im Verbrauchersystem)" entfallen oder durch (im Verbraucher- und Erzeugersystem) ersetzt werden. --Modalanalytiker (Diskussion) 19:26, 17. Aug. 2020 (CEST)

Ich werde „(im Verbrauchersystem)“ entfernen, muss aber durch diese „Verallgemeinerung“ noch ein paar Korrekturen weiter unten überdenken. --Reseka (Diskussion) 21:30, 18. Aug. 2020 (CEST)

M. E. sind alle Änderungen eine Verbesserung. Ich habe noch ein paar Kleinigkeiten mit Formulierungsvorschlägen. Dabei geht es im Wesentlichen um "saubere Sprachregelungen" im Bereich der Blindleistung. Auf diesem Sektor gibt es in Praxis und Lehre Verbesserungsbedarf.

Bisher: dann erhält man für die komplexe Leistung

${\underline {S}}=40\ {\text{VA}}\cdot \mathrm {e} ^{-\mathrm {j} \cdot 30^{\circ }}=40\ {\text{VA}}\cdot \left(\cos(-30^{\circ })+\mathrm {j} \cdot \sin(-30^{\circ })\right)\approx 34,64\ {\text{W}}-\mathrm {j} \cdot 20\ {\text{var}}$

mit der Wirkleistung $P=34,64\ {\text{W}}$ und der (kapazitiven) Blindleistung $Q=-20\ {\text{var}}$.
Vorschlag: dann erhält man für die komplexe Leistung

${\underline {S}}=40\ {\text{VA}}\cdot \mathrm {e} ^{-\mathrm {j} \cdot 30^{\circ }}=40\ {\text{VA}}\cdot \left(\cos(-30^{\circ })+\mathrm {j} \cdot \sin(-30^{\circ })\right)\approx 34,64\ {\text{W}}-\mathrm {j} \cdot 20\ {\text{var}}$

mit der Wirkleistung $P=34,64\ {\text{W}}$ und der Blindleistung $Q=-20\ {\text{var}}$. Setzen die Werte das Verbrauchersystem voraus, bezieht der Zweipol Wirkleistung (wirkt motorisch) und liefert Blindleistung (wirkt kapazitiv).

Bisher: Konkret entsteht bei $230\ {\text{V}}$ und $50\ {\text{Hz}}$ an einem Kondensator mit einer Kapazität von $100\ {\text{nF}}$ eine Blindleistung von $Q\approx -1,66\ {\text{var}}$.
Vorschlag: Konkret liefert ein Kondensator mit einer Kapazität von $100\ {\text{nF}}$ bei $230\ {\text{V}}$230 V und $50\ {\text{Hz}}$ eine Blindleistung, deren Wert im Verbrauchersystem mit Q=-1,66 var anzugeben ist.

Bisher: Positive Blindleistung wird im Allgemeinen von Induktivitäten, negative Blindleistung von Kapazitäten hervorgerufen.
Vorschlag: Induktivitäten beziehen Blindleistung (positiver Wert im Verbrauchersystem), Kapazitäten liefern Blindleistung (negativer Wert im Verbrauchersystem).

Bisher: Eine negative Wirkleistung deutet auf einen „rückwärtigen Energietransport“ hin.
Vorschlag: Eine negative Wirkleistung deutet auf einen „rückwärtigen (der Bezugsrichtung entgegen gerichteten) Energietransport“ hin.

Bisher: Die Wirkenergie, die während der Dauer einer Periode $T$ in den Zweipol fließt oder von ihm abgegeben wird, beträgt $W_{P}=P\cdot T$.
Vorschlag: *Die Wirkenergie, die während der Dauer einer Periode $T$ in den Zweipol fließt oder von ihm abgegeben wird, hat den Betrag $W_{P}=|P|\cdot T$.

Das Folgende, weil der Begriff Blindenergie (oder Blindarbeit) schon anderweitig vergeben ist.

Bisher: Die Blindenergie ist die „gesamte hin und her pendelnde Energie“ und entspricht dem Flächeninhalt einer Halbschwingung des Verlaufs der Blindleistung. Da der Flächeninhalt einer Sinushalbschwingung bekanntlich $2$ ist, erhält man für die Blindenergie $W_{Q}=|Q|\cdot {\frac {T}{2\pi }}={\frac {|Q|}{\omega }}$.

Beispielsweise erhält man für die „pendelnde“ Blindenergie eines Kondensators mit der Kapazität $C$ an einer Spannung mit der Amplitude ${\hat {u}}$ und der Kreisfrequenz $\omega$ entsprechend der oben angegebenen Blindleistung

$W_{Q}={\frac {{\hat {u}}^{2}\cdot \omega \ C}{2\ \omega }}={\frac {{\hat {u}}^{2}\cdot C}{2}}$

Das ist aber gerade die bekannte Energie eines auf die Spannung ${\hat {u}}$ aufgeladenen Kondensators.

Vorschlag: Der Flächeninhalt einer Halbschwingung des Verlaufs der Kurve 2 in der Graphik oben wird im Folgenden als „pendelnde Energie“ $W_{Q}$ bezeichnet. Da der Flächeninhalt einer Sinushalbschwingung bekanntlich $2$ ist, erhält man $W_{Q}=|Q|\cdot {\frac {T}{2\pi }}={\frac {|Q|}{\omega }}$.

Beispielsweise erhält man für einen Kondensators mit der Kapazität $C$ an einer Spannung mit der Amplitude ${\hat {u}}$ und der Kreisfrequenz $\omega$ entsprechend der oben angegebenen Blindleistung die pendelnde Energie

$W_{Q}={\frac {{\hat {u}}^{2}\cdot \omega \ C}{2\ \omega }}={\frac {{\hat {u}}^{2}\cdot C}{2}}$

Das ist aber gerade die bekannte Energie eines auf die Spannung ${\hat {u}}$ aufgeladenen Kondensators. --Modalanalytiker (Diskussion) 15:42, 19. Aug. 2020 (CEST)

Ich antworte auf den ersten Teil der Änderungen: Alles gut, nur ein Einwand: Kritisierter Satz: "Bei Annahme des Verbraucherzählpfeilsystems wird positive Blindleistung im Allgemeinen von Induktivitäten, negative Blindleistung von Kapazitäten hervorgerufen." Vorschlag: Induktivitäten beziehen, Kondensatoren liefern Blindleistung. Im Verbraucherzählpfeilsystem ist deshalb der Blindleistungswert der Induktivität positiv, jener der Kapazität negativ. --Modalanalytiker (Diskussion) 22:31, 20. Aug. 2020 (CEST)

„Transportieren“, „beziehen“, „liefern“, „erzeugen“, „verbrauchen“, … sollte auf Energien, aber nicht auf Leistungen angewendet werden. Das wird zwar oft gemacht, aber tatsächlich wird nur Energie $W$ „transportiert“ (…), die zugehörige Leistung ${\frac {dW}{dt}}$ ist das Maß für die „Geschwindigkeit, Intensität oder Stärke des Energietransports (…)“. In unserem Fall wird ja nicht mal die „Blindenergie“ erzeugt oder verbraucht und das Vorzeichen der Blindleistung ist reine Definitionssache. Deshalb sollte man der Exaktheit und Didaktik zuliebe „neutralere Formulierungen“ („aufbringen“, „benötigen“, „auftreten“, „hervorgerufen werden“) verwenden, was aber nicht immer einfach ist. --Reseka (Diskussion) 15:23, 22. Aug. 2020 (CEST)

Ich freue mich, dass du bei der sprachlichen Nutzung der Begrtiffe Energie, Blindenergie, Leistung, Blindleistung so genau differenzierst. Das ist auch mir wichtig. Bevor ich mich dazu äußere, frage ich: Einige Anführungsstriche, speziell (...) einschließend. lassen mich vermuten, dass du eine gewichtige Quelle zitierst. Ist das so? --Modalanalytiker (Diskussion) 16:40, 22. Aug. 2020 (CEST)

Nein, das hast du missverstanden. Die Anführungsstriche sind bei mir Hervorhebungen und (...) symbolisiert die anderen von mir angeführten Verben. Meine Hauptquelle ist der in der Literatur angeführte „Paul“. Die andere Standardliteratur der Elektrotechnik bleibt in Bezug auf die Wechselstromleistung meist recht oberflächlich. --Reseka (Diskussion) 14:25, 23. Aug. 2020 (CEST)

• Pardon, bei den Anführungszeichen hätte ich genauer hinschauen müssen.
• Bei Paul als Quelle bin ich vorsichtig. Zufällig habe ich seine Elektrotechnik und Elektronik für Informatiker zur Hand. Für die Blindleistung des Kondensators schreibt er in Gl. 4.5.2 $Q=-{\hat {u}}{\hat {i}}/2=IU={\hat {i}}^{2}X_{c}$. Die Gleichungskette nimmt es weder mit dem Vorzeichen noch mit dem Betrag genau.
• Jetzt zum eigentlichen Thema, der passenden verbalen Behandlung der Leistungskennwerte $P$ und $Q$: Trotz ihrer ganz unterschiedlichen technischen Bedeutung haben die Größen Wirk- und Blindleistung in ihrer formal-mathematischen Abstrakton dieselben Eigenschaften: Sie sind beide reelle Skalare und haben einen durch Konvention festgelegten Richtungssinn, der ihrem Vorzeichen Bedeutung verleiht. Beide sind Kenngrößen des Verlaufs der Momentanleistung und haben damit selbst keine Momentanwerte innerhalb einer Periode von Strom und Spannung. Beide können als Übergabegrößen zwischen Zweipolen bezeichnet werden, weil einer übernimmt, was der andere übergibt. Um im konkreten Fall den Richtungssinn mitzuteilen, ist für beide eine Bezugsrichtung zu wählen. Die aufgezählten Gemeinsamkeiten berechtigen m. E. dazu, beide Größen mit denselben Sprachregelungen zu begleiten. Ausdrücke, wie z. B. auftreten, hervorrufen u.s.w., blenden den Richtungssinn der Größe aus, was vermutlich selten notwendig ist. Kurzum: Ein Zweipol kann Blindleistung wie Wirkleistung beziehen, aufnehmen, verbrauchen, …, liefern, abgeben, erzeugen. produzieren ....
• Auch didaktisch erscheinen mir diese Formulierungen empfehlenswert, weil sie in Erinnerung halten, dass die Größen einen durch Konvention festgelegten Richtungssinn haben. Das Verständnis des hier nicht zur Debatte stehenden Verbraucher- oder Erzeugersystems dürfte von der hier begründeten Sprechweise ebenfalls profitieren. --Modalanalytiker (Diskussion) 19:16, 23. Aug. 2020 (CEST)

Ich hatte nicht die Verben für „Wirk-“ vs. „Blind-“ gegenübergestellt, sondern „Energie“ vs. „Leistung“. Aber ich habe eine entsprechender Ergänzung vorgenommen. --Reseka (Diskussion) 18:26, 24. Aug. 2020 (CEST)

Statt zur "Energie" habe ich mich nur zur "Leistung" geäußert, weil das zur Leistung Gesagte wegen $P(t2-t1)$ bzw. $Q(t2-t1)$ 1:1 auf die Energien übertragbar ist.

Die jetzt noch im Artikel stehende >>„pendelnde“ Blindenergie<< hieße m. E. besser „pendelnde“ Energie, damit die Definition des Begriffs Blindenergie nicht überladen wird.

Zu meinen Diskussionsbeiträgen: Ich zweifle, ob sie aus deiner Sicht dem Artikel nützen. Ein Wink genügt, ob du noch interessiert bist. --Modalanalytiker (Diskussion) (ohne (gültigen) Zeitstempel signierter Beitrag von Modalanalytiker (Diskussion | Beiträge) 23:01, 24. Aug. 2020 (CEST))

Hin und her pendelnde Energie

Zu dem Thema steht jetzt in diesem Text etwas mehr. --Modalanalytiker (Diskussion) 18:58, 5. Sep. 2020 (CEST)

GeoGebra-Applet

@Benutzer:The Bestseller: Als "Blindleistung als Fläche" illustrierst du den doppelten Betrag der elektrischen Energie im Intervall mit $p<0$ während einer Leistungsperiode. Kannst du bitte eine Gleichung angeben, welche die Blindleistung in Funktion dieser Fläche erklärt. --Modalanalytiker (Diskussion) 16:22, 14. Jun. 2021 (CEST)

@Benutzer:The Bestseller: Ich habe den Link auf das GeoGebra-Applet entfernt, da die Visualisierung der "Blindleistung als Fläche" irreführend ist. Dieser Text enthält eine Anregung zur Korrektur --Modalanalytiker (Diskussion) 11:00, 16. Jun. 2021 (CEST)