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Tag zusammen!

Ich bin gerade auf ein "Phänomen" gestoßen, dass ich nicht so ganz verstehe. Es geht um folgenden kleinen Versuchsaufbau:

Eine 12V/10W-Halogenlampe soll an einem Netztrafo betrieben werden. Der Trafo hat am Ausgang 12V~ (Wechselspannung) und eine Leistung von 20VA. Unbelastet zeigt er auf meinem Energiemessgerät primärseitig eine Ruheleistung von 2W (bei einem Power-Faktor von 0,30) an.

Schließe ich nun die Halogenlampe sekundärseitig direkt an die Wechselspannung an, so fällt an der Lampe eine Spannung von 11,8V ab (den Stromverbrauch kann ich leider nicht messen, da das Messgerät nicht zum Messen von Wechselströmen geeignet ist). Auf dem Energiemessgerät liegt nun primärseitig eine Leistung von 14W (bei einem Power-Faktor von 0,97).

Sobald die Wechselspannung sekundärseitig gleichgerichtet wird und mit einem 1000µF/35V-Elko gesiebt wird, zeigen sich folgende Werte:

Lampenspannung 12,75V
Lampenstrom 0,89A
ergibt gemessene Leistung 11,3W

Leistung Netzteil nun primärseitig (laut Energiemessgerät): 18W (bei Power-Faktor 0,88)!

Jetzt meine Frage: hat mein Energiekostenmessgerät ein generelles Problem mit induktiven Lasten, oder wie ist dieser Unterschied in der Anzeige zu erklären? Bei ohmschen Lasten zeigt es die Leistung angeschlossener Verbraucher sehr genau an. Muss ich die angezeigte Leistung mit dem "Power-Faktor" multiplizieren, damit ich das reale Ergebnis bekomme? Demnach würde sich der Verbrauch bei 13,6W (Wechselspannung) bzw. 15,8W (gesiebte Gleichspannung) einpendeln, was wesentlich dichter beieinander liegt.

Vielleicht weiß ja jemand Bescheid.

Gruß,
Alex

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» Ich bin gerade auf ein "Phänomen" gestoßen, dass ich nicht so ganz
» verstehe. Es geht um folgenden kleinen Versuchsaufbau:
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» Eine 12V/10W-Halogenlampe soll an einem Netztrafo betrieben werden. Der
» Trafo hat am Ausgang 12V~ (Wechselspannung) und eine Leistung von 20VA.
» Unbelastet zeigt er auf meinem Energiemessgerät primärseitig eine
» Ruheleistung von 2W (bei einem Power-Faktor von 0,30) an.
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» Schließe ich nun die Halogenlampe sekundärseitig direkt an die
» Wechselspannung an, so fällt an der Lampe eine Spannung von 11,8V ab (den
» Stromverbrauch kann ich leider nicht messen, da das Messgerät nicht zum
» Messen von Wechselströmen geeignet ist). Auf dem Energiemessgerät liegt
» nun primärseitig eine Leistung von 14W (bei einem Power-Faktor von 0,97).
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» Sobald die Wechselspannung sekundärseitig gleichgerichtet wird und mit
» einem 1000µF/35V-Elko gesiebt wird, zeigen sich folgende Werte:
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» Lampenspannung 12,75V
» Lampenstrom 0,89A
» ergibt gemessene Leistung 11,3W
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» Leistung Netzteil nun primärseitig (laut Energiemessgerät): 18W (bei
» Power-Faktor 0,88)!
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» Jetzt meine Frage: hat mein Energiekostenmessgerät ein generelles Problem
» mit induktiven Lasten, oder wie ist dieser Unterschied in der Anzeige zu
» erklären? Bei ohmschen Lasten zeigt es die Leistung angeschlossener
» Verbraucher sehr genau an. Muss ich die angezeigte Leistung mit dem
» "Power-Faktor" multiplizieren, damit ich das reale Ergebnis bekomme?
» Demnach würde sich der Verbrauch bei 13,6W (Wechselspannung) bzw. 15,8W
» (gesiebte Gleichspannung) einpendeln, was wesentlich dichter beieinander
» liegt.
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» Vielleicht weiß ja jemand Bescheid.
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» Gruß,
» Alex

Hallo Alex,

die Frage ist, was dein Energiemessgerät anzeigt, die Wirkleistung (in W) oder die Scheinleistung (in VA).
Angenommen, das Messgerät zeigt die Scheinleistung an, dann musst du zum Ermitteln der Wirkleistung (die Leistung, die wirklich in andere Energie (Wärme und Licht) umgewandelt wird und die du beim Stromversorger bezahlst) die Scheinleistung mit dem Leistungsfaktor multiplizieren.
Die (quadratische) Differenz zwischen Schein- (S) und Wirkleistung (P) ist die Blindleistung (Q), also jene Leistung, die zwischen Verbraucher und Generator (Netz) hin- und herpendelt. Das alles hängt zusammen über: S²=P²+Q². Oder auch: P=S*cos(phi) und Q=S*sin(phi), wobei phi der Phasenwinkel und der arccos deines Leistungsfaktors ist.
So siehst du, dass z.B. beim unbelasteten Transformator der induktive Anteil überwiegt und die wirklichen ohmschen Verluste im Transformator verhältnismäßig gering sind.
Bei Wechselspannungsanschluss hast du eine Wirkleistung von 14VA*0.97=13.6W, bei Speisung über die Gleichrichtung 18VA*0.88=15.8W. Damit ist im letzteren Fall einerseits die Wirkleistung höher, da im Mittel die Spannung durch den Kondensator größer ist, andererseits ist auch die Blindleistung größer, da Gleichrichter/Kondensator keinen sinusförmigen Strom mehr ziehen (der Kondensator lädt nur nahe des Spannungsmaximums) und dadurch die Blindleistung steigt.
Was spricht dagegen, die Lampe direkt an Wechselspannung zu betreiben? Auf Dauer wird ihr eine Spannung <12V besser bekommen als eine größere.

Viele Grüße,
Björn

» Tag zusammen!
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» Unbelastet zeigt er auf meinem Energiemessgerät primärseitig eine
» Ruheleistung von 2W (bei einem Power-Faktor von 0,30) an.
»
» Schließe ich nun die Halogenlampe sekundärseitig direkt an die
» Wechselspannung an, so fällt an der Lampe eine Spannung von 11,8V ab (den
» Stromverbrauch kann ich leider nicht messen, da das Messgerät nicht zum
» Messen von Wechselströmen geeignet ist). Auf dem Energiemessgerät liegt
» nun primärseitig eine Leistung von 14W (bei einem Power-Faktor von 0,97).
»
» Sobald die Wechselspannung sekundärseitig gleichgerichtet wird und mit
» einem 1000µF/35V-Elko gesiebt wird, zeigen sich folgende Werte:
»
» Lampenspannung 12,75V
» Lampenstrom 0,89A
» ergibt gemessene Leistung 11,3W
»
» Leistung Netzteil nun primärseitig (laut Energiemessgerät): 18W (bei
» Power-Faktor 0,88)!
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» Jetzt meine Frage: hat mein Energiekostenmessgerät ein generelles Problem
» mit induktiven Lasten, oder wie ist dieser Unterschied in der Anzeige zu
» erklären? Bei ohmschen Lasten zeigt es die Leistung angeschlossener
» Verbraucher sehr genau an. Muss ich die angezeigte Leistung mit dem
» "Power-Faktor" multiplizieren, damit ich das reale Ergebnis bekomme?
» Demnach würde sich der Verbrauch bei 13,6W (Wechselspannung) bzw. 15,8W
» (gesiebte Gleichspannung) einpendeln, was wesentlich dichter beieinander
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» Gruß,
» Alex

Bei sekundärseitiger Gleichrichtung hast Du im Trafo
eine höhere Verlustleistung. Dazu kommen noch die
Verluste im Gleichrichter selbst und der bei derart
kleinen Leistungen meist recht hohe Messfehler Deines
Messgerätes.
Gruss
Harald
PS: Näheres über Trafoverluste findest Du hier:
http://www.geocities.com/franzglaser/txt/dcdc.html

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» Trafo hat am Ausgang 12V~ (Wechselspannung) und eine Leistung von 20VA.
» Unbelastet zeigt er auf meinem Energiemessgerät primärseitig eine
» Ruheleistung von 2W (bei einem Power-Faktor von 0,30) an.
»
» Schließe ich nun die Halogenlampe sekundärseitig direkt an die
» Wechselspannung an, so fällt an der Lampe eine Spannung von 11,8V ab (den
» Stromverbrauch kann ich leider nicht messen, da das Messgerät nicht zum
» Messen von Wechselströmen geeignet ist). Auf dem Energiemessgerät liegt
» nun primärseitig eine Leistung von 14W (bei einem Power-Faktor von 0,97).
»
» Sobald die Wechselspannung sekundärseitig gleichgerichtet wird und mit
» einem 1000µF/35V-Elko gesiebt wird, zeigen sich folgende Werte:
»
» Lampenspannung 12,75V
» Lampenstrom 0,89A
» ergibt gemessene Leistung 11,3W
»
» Leistung Netzteil nun primärseitig (laut Energiemessgerät): 18W (bei
» Power-Faktor 0,88)!
»
» Jetzt meine Frage: hat mein Energiekostenmessgerät ein generelles Problem
» mit induktiven Lasten, oder wie ist dieser Unterschied in der Anzeige zu
» erklären? Bei ohmschen Lasten zeigt es die Leistung angeschlossener
» Verbraucher sehr genau an. Muss ich die angezeigte Leistung mit dem
» "Power-Faktor" multiplizieren, damit ich das reale Ergebnis bekomme?
» Demnach würde sich der Verbrauch bei 13,6W (Wechselspannung) bzw. 15,8W
» (gesiebte Gleichspannung) einpendeln, was wesentlich dichter beieinander
» liegt.
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» Gruß,
» Alex


(12.75 Volt + 2 x 1V Dioden) * 0.89A = 13.12 W + 2W Trafo unbelastet = 15.12Watt + Ohmsche Trafoverlust

Was ich festgestellt habe, daß "einfache" Verbrauchsmessgeräte nur Geldschneiderei sind.
Blind-oder Scheinleistung kann selbst ein Stromzähler vom EVU nicht messen. Deshalb werden bei größeren Anlagen Kompensationsgeräte eingebaut die diesen Fehler ausgleichen, aber wer hat das schon zuhause? Es werden Scheinleistungen im Privathaushalt bei der Stromrechnung mit einkalkuliert.
Immer mehr Geräte haben Schaltnetzteile die diesen unerwünschnten Effekt durch die Natur des Systems einfach mit sich bringen.
Ein Beispiel: Ich habe hier einen Philips-TV (es könnte auch ein anderes Fabrikat sein) der ist mit 60W Leistungsaufnahme angegeben aber mein Amperemeter zeigt fast 1,1A an. Also würde der bei einer Netzspannung von 240V ca. 260W (Wirk-)Leistungsaufnahme haben.
Mehr Mist mißt, mißt Mist!

» Ein Beispiel: Ich habe hier einen Philips-TV (es könnte auch ein anderes
» Fabrikat sein) der ist mit 60W Leistungsaufnahme angegeben aber mein
» Amperemeter zeigt fast 1,1A an. Also würde der bei einer Netzspannung von
» 240V ca. 260W (Wirk-)Leistungsaufnahme haben.
» Mehr Mist mißt, mißt Mist!

Hmmmm.... Weißt du denn, wieviel von diesen gemessenen/errechneten 260W auf deinem Drehstromzähler im Keller wirklich erfasst werden? Ich dachte immer, gerade moderne Schaltnetzteile seien wegen ihres guten Wirkungsgrades und der geringen Verlustleistung (erst recht bei wenig oder keiner Last) den herkömmlichen Eisentrafos weit überlegen?!

Gruß,
Alex

Ich nochmal

Ich hab das mal überprüft mit den Schaltnetzteilen und zwei interessante Dinge herausgefunden.

Mein altes Handyladenetzteil auf Basis der Schaltnetzteil-Technologie liefert 4V bei 2VA. Schließe ich dort eine ohmsche Last in Form einer Glühlampe an, die 300mA "zieht" (4V x 0,3A = 1,2VA Wirkleistung), so zeigt das Energiemessgerät eine Leistung von 3W bei einem Power-Faktor von 0,51 an. Demnach wäre die primärseitige Wirkleistung des Netzteils mit 3W x 0,51 = 1,53W im sehr realistischen Bereich, und mein billiges Messgerät von LIDL zeigt scheinbar auch bei so kleinen Lasten ziemlich genau den Verbrauch an.

Die Frage ist natürlich, wie sich die Wirkleistung bei höhren Lasten verhält, und sicherlich ist Netzteil auch nicht gleich Netzteil. Ein anderes Stecker-Schaltnetzteil von einem Scanner beispielsweise zeigt schon ohne Last eine primärseitige Wirkleistung von 2W an, wer weiß, wie schlecht die Bauteile darinnen aufeinander abgestimmt sind.

Gruß,
Ales

Hallo Björn,

vielen Dank an dich und alle anderen für die Anwort(en)! Jetzt sehe ich schon klarer - und weiß auch endlich, wofür die Anzeige des "Power-Faktors" auf dem Display überhaupt gut ist (die Bedienungsanleitung schweigt sich darüber leider aus).

Ich kann also, wenn ich dich richtig verstanden habe, aus dem Verhältnis von angezeigter (Schein-)Leistung und dem Power-Faktor, den das Gerät aus dem Phasenwinkel bei nicht-ohmschen Lasten errechnet (das war mir schon aufgefallen!) die wirkliche Wirkleistung zurückrechnen. Wenn du mir jetzt noch bestätigst, dass mein Stromzähler im Keller auch nur die 15.8W Wirkleistung misst anstelle der 18W, die das Gerät anzeigt (18VA * 0.88 Power-Faktor = 15.8W), bin ich zufrieden.

(Bitte das Beispiel nicht zu ernst nehmen ...aber auf's Jahr gerechnet ist ja jedes zusätzliche Watt richtig teuer bei den Strompreisen...)

Gruß,
Alex

» Hallo Björn,
»
» vielen Dank an dich und alle anderen für die Anwort(en)! Jetzt sehe ich
» schon klarer - und weiß auch endlich, wofür die Anzeige des
» "Power-Faktors" auf dem Display überhaupt gut ist (die Bedienungsanleitung
» schweigt sich darüber leider aus).
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» Ich kann also, wenn ich dich richtig verstanden habe, aus dem Verhältnis
» von angezeigter (Schein-)Leistung und dem Power-Faktor, den das Gerät aus
» dem Phasenwinkel bei nicht-ohmschen Lasten errechnet (das war mir schon
» aufgefallen!) die wirkliche Wirkleistung zurückrechnen. Wenn du mir jetzt
» noch bestätigst, dass mein Stromzähler im Keller auch nur die 15.8W
» Wirkleistung misst anstelle der 18W, die das Gerät anzeigt (18VA * 0.88
» Power-Faktor = 15.8W), bin ich zufrieden.
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» (Bitte das Beispiel nicht zu ernst nehmen ...aber auf's Jahr gerechnet
» ist ja jedes zusätzliche Watt richtig teuer bei den Strompreisen...)
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» Gruß,
» Alex

Hallo Alex,

freut mich, dir geholfen haben zu können
Sofern dein Messgerät wirklich die Scheinleistung anzeigt, brauchst du die nur mit dem Power-Factor zu multiplizieren, und schon hast du die Wirkleistung. Bei rein ohmscher Last (z.B. 230V-Glühlampe) muss der Power-Factor 1 sein, bei stark reaktiver Last (induktiv/kapazitiv) z.B. einem guten, verlustarmen Trafo im Leerlauf dagegen sehr gering.
Ich weiß nur nicht, wie sich das bei nicht-sinusförmigen Lasten verhält, also dem Beispiel Schaltnetzteil ohne PFC (Power Factor Correction). Ein gutes Leistungsmessgerät müsste auch hier die richtigen Werte anzeigen, intern also kontinuierlich die Momentanwerte von Spannung und Strom über die Zeit integrieren.
Und du kannst auch beruhigt sein, der Stromzähler im Keller erfasst nur die Wirkleistung Große Firmen hingegen werden bei großem Blindleistungsanteil auch dafür zur Kasse gebeten, sofern sie nichts dagegen unternehmen, Stichwort Blindleistungskompensation.

Viele Grüße,
Björn