Wirkleistung, Blindleistung, Scheinleistung
Blindleistung entsteht aus einer Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Ein Teil der elektrischen Energie pulsiert dann zwischen dem Erzeuger und dem Verbrauchernetz hin und her. Das Ganze kann man so verstehen: Die momentane Spannung u(t) wird proportional zu sin(t) angenommen und der phasenverschobene Strom i(t) wird in eine Komponente proportional zu sin(t) und eine Komponente proportional zu cos(t) aufgespaltet. Daraus ergibt sich eine Zerlegung der momentanen Leistung p(t) = w(t) + q(t). Aus den Anteilen w(t) und q(t) ergeben sich die Wirkleistung W und die Scheinleistung Q. Der Mittelwert von w(t) entspricht dabei der Wirkleistung W. Die Amplitude des Anteils q(t) ergibt die Scheinleistung Q. (Anmerkung: Die Wirkleistung kann man auch als Mittelwert von p(t) berechnen, da q(t) den Mittelwert Null hat. Daher wird die Wirkleistung oft mit P bezeichnet. Es ist also W = P. Zusätzlich kann man analog zur Berechnung von Q die Wirkleistung W auch als Amplitude von w(t) interpretieren: w(t) ist proportional zu sin(t)^2, mit sin(t)^2=0,5-0,5cos(2t) ist w(t) damit eine -cos(2t)-Funktion, die genau so über die t-Achse verschoben wurde, dass sie gerade noch die t-Achse berührt, daher entspricht die Amplitude dem Mittelwert.)
Die Amplituden W, Q und S sind in der oberen Grafik in einem rechtwinkligen Dreieck dargestellt. Hier sind nur positive Werte für W und Q gewählt worden.
Die Blindleistung ist - wie gesagt - eine Leistung, die periodisch zwischen dem Erzeuger und dem Verbrauchernetz hin und her pendelt und zwar mit der doppelten Netzfrequenz. Die Funktion q(t) ist also mal positiv, mal negativ. Die mittlere Leistung, die dabei in einer halben Periode von q(t) - also in 5 ms - in das Verbrauchersystem hinein- bzw. aus dem Verbrauchersystem herausfließt, beträgt dabei Q*2/. Da die Blindleistung Q jedoch als Amplitude definiert ist, hat Q immer einen positiven Wert.
Die Wirkleistung W kann im Prinzip auch negative Werte annehmen, nämlich dann, wenn die Funktion w(t) unter der t-Achse liegt. Das kann für Phasenverschiebungen <-90° und > 90° der Fall sein. Das bedeutet, die Leistung fließt nicht in das Verbrauchersystem hinein, sondern aus ihm heraus. In der Praxis kann dies vorkommen, wenn beispielsweise eine Fotovoltaik-Anlage im Verbrauchersystem installiert wurde.