Elektrische Leistung P
Die elektrische Leistung ist ein Wert, den wir in der Elektronik und Elektrotechnik in den unterschiedlichsten Definitionsausprägungen vorfinden. Die Gemeinsamkeit aller Leistungen (bei Gleichspannungen), ist die Maßeinheit und das Formelzeichen.
Formelzeichen
Das Formelzeichen der elektrischen Leistung ist das große P.
Maßeinheit
Die Grundeinheit der elektrischen Leistung ist Watt (W) oder auch Voltampere (VA). Letzteres ergibt sich aus der Berechnung durch Spannung und Strom. Die Angabe der Maßeinheit VA findet man häufig auf Transformatoren und Elektromotoren.
| Megawatt | 1 MW | 1 000 000 W | 106 W |
| Kilowatt | 1 kW | 1 000 W | 103 W |
| Watt | 1 W | 1 W | 100 W |
| Milliwatt | 1 mW | 0,001 W | 10-3 W |
| Mikrowatt | 1 µW | 0,000 001 W | 10-6 W |
Bei Kraftfahrzeugen, Lokomotiven und Elektromotoren wurde bis zum 31.12.1977 die Leistung in Pferdestärke (PS) angegeben. Heute benutzt man die Leistungsangabe in kW.
Umrechnung: 1 PS = 736 Watt
Formeln zur Berechnung
Die elektrische Leistung ist rechnerisch ein Produkt aus elektrischer Spannung und elektrischem Strom. Je größer die Spannung oder der Strom ist, desto größer ist die Leistung. Ähnlich, wie die Größe Fläche durch Längen- und Breitenangaben beeinflusst wird.
Die Leistung P wächst proportional zum Quadrat des Stromes I.
Das bedeutet: Wird der Strom verdoppelt, vervierfacht sich die Leistung.
Die Leistung P wächst proportional zum Quadrat der Spannung U.
Das bedeutet: Wird die Spannung verdoppelt, vervierfacht sich die Leistung.
Auch die elektrische Arbeit W steht im Zusammenhang mit der elektrischen Leistung P.
Verfügbare Leistung
Die verfügbare Leistung ist die Leistung, die eine Strom- bzw. Spannungsquelle liefern kann. Ein Gleichspannungsnetzteil mit den Maximalwerten 30 V und 2 A hat eine Ausgangsleistung von maximal 60 W. Allerdings nur bei einer Ausgangsspannung von 30V. Die verfügbare Leistung ist immer an Maximalwerte von Strom und Spannung gebunden.
Nutzleistung
Die Nutzleistung ist die Leistung, die ein Verbraucher im Normalbetrieb (!) benötigt bzw. verbraucht.
Durch eine Glühbirne mit 60 W, die in einer Lampe an 230 V betrieben wird, fließt ein Wechselstrom von 0,261 A. Aber, es kann sein, dass diese Glühbirne im Einschaltaugenblick mehr Leistung braucht.
Leistung Ptot
Elektronische Bauelemente haben Maximalwerte innerhalb denen sie betrieben werden dürfen. Werden diese Werte nicht berücksichtigt, so führt das zur Zerstörung des Bauelements.
Die Leistung Ptot gibt an, ab welcher Leistung das Bauelement zerstört wird. Fällt an einem Widerstand eine Spannung von 10 V ab und fließt ein Strom von 0,5 A durch ihn hindurch, dann muss er eine Leistung von 5 W vertragen können (eher mehr).
Bei der Dimensionierung von Schaltungen und Bauelementen ist auf eine ausreichende Reserve bis zur Leistung Ptot zu sorgen.
Hinweis: Der Verbrauch von Leistung steht auch immer im Zusammenhang mit Erzeugung von Hitze. Das bedeutet, dass sich das Bauelement oder Gerät während des Betriebs erwärmt.
Verlustleistung
Die Verlustleistung ist die in einem Bauelement in Wärme umgesetzt Leistung. Die Verlustleistung spielt hauptsächlich in Halbleiterbauelementen, wie z.B. dem Transistor eine Rolle. Es ist deshalb bei einer großen Wärmeentwicklung für ausreichende Kühlung durch Kühlbleche, Kühlkörper oder Luftbewegung zu sorgen. Bei Prozessoren wird aktiv, mit Lüfter, gekühlt.
Wirkleistung, Scheinleistung und Blindleistung
Ein ohmscher Widerstand setzt seine aufgenommene Leistung vollständig
in Wärme um. Man nennt das Wirkleistung. Diese Leistung ist in der Einheit
Watt (W) angegeben.
Hat ein Verbraucher neben dem ohmschen Widerstand auch induktive und kapazitive
Anteile, dann entsteht zwischen Strom und Spannung eine zeitliche Verschiebung,
auch Phasenverschiebung genannt. Neben der Wirkleistung ist deshalb auch eine
Blindleistung (VAr) vorhanden, die nicht in Wärme umgewandelt wird. Stattdessen
wird die Blindleistung mit der Frequenz der Wechselspannung hin- und hergeschoben.
Die Blindleistung wird nicht verbraucht, also auch nicht als Stromverbrauch berechnet.
Sie muss trotzdem vom Stromlieferanten bereitgestellt werden.
Ist bei der Leistungsaufnahme eines Geräts neben der Wirkleistung auch Blindleistung dabei, dann wird die Gesamtleistung als Scheinleistung bezeichnet. Die Scheinleistung wird, gemäß DIN 40110-1, in Voltampere (VA) angegeben. Voltampere soll zum Ausdruck bringen, dass in der Leistung neben der Wirkleistung auch Blindleistung enthalten ist. Üblicherweise spricht man bei Wechselstrom- und Wechselspannungsverbraucher von Scheinleistung. Auf vielen elektrischen Verbrauchern ist die Scheinleistung in VA auf dem Typenschild angegeben. Häufig wegen des eingebauten Transformators.
Bei Gleichspannung, ist die Scheinleistung gleich der Wirkleistung P. Die Scheinleistung ist in der Regel größer als die Wirkleistung.
Messen der elektrischen Leistung
Durch separates Messen des Stroms und der Spannung kann indirekt die elektrische Leistung eines Bauelementes innerhalb einer Schaltung bestimmt (berechnet) werden.
Es gibt aber auch reine Leistungsmessgeräte, also Leistungsmesser, die über 4 Anschlüsse verfügen.