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Berechnung von VA und Watt
Die Begriffe VA (Volt-Ampere) und Watt werden häufig synonym verwendet, wenn es um den Stromverbrauch eines elektrischen Geräts geht. Diese Tendenz ist verständlich, wenn der Gesamtstromverbrauch klein ist und der Wert von VA in etwa den Watt entspricht. Dennoch ist es wichtig, den Unterschied zwischen VA und Watt zu kennen, wenn der Stromverbrauch des Systems sehr groß wird oder wenn viele kleine Lasten an einer einzigen Stromquelle wie beispielsweise einer USV zusammen angeschlossen werden. VA ist ein Maß für die „Scheinleistung“ und Watt ist ein Maß für die „Wirkleistung“ in einem Wechselstromkreis. Bei einer Ohmschen Last ist die Leistungsaufnahme in VA und Watt die gleiche.
Siehe das folgende Beispiel. Abbildung A zeigt einen einfachen Wechselstromkreis. In diesem Stromkreis hat die Stromquelle 120 Volt Spannung und die Last ist eine einfache Glühbirne mit einem Widerstand von 240 Ohm. Der fließende Strom (I) kann mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes berechnet werden, indem man die Spannung (U) durch den Widerstand (R) teilt.
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| I = E/R |
| I = 120/240 |
| I = .5 amps |
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In diesem Fall fließt ein Strom von 0,5 Ampere in dem Schaltkreis. Die Leistung (P), die von der Glühbirne aufgenommen wird, kann mit Hilfe einer dieser Formeln berechnet werden: P = U x I oder P = I2 R.
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| P = E x I |
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P = I2 R |
| P = 120 x .5 |
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P = .52 x 240 |
| P = 60 watts |
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P = 60 watts |
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In jedem Fall ist die von der Glühbirne aufgenommene Leistung 60 Watt. Weil die Last eine rein Ohmsche Last ist, wird die Leistungsaufnahme in VA auch 60 VA betragen.
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Die Dinge ändern sich jedoch wenn die Last elektronisch wird. Die sich ständig ändernde Amplitude und Polarität des Wechselstroms bedingen reaktive Komponenten in einer elektronischen Last. Es gibt zwei Arten von Blindwiderständen – induktive und kapazitive – und sie sind ihrem Wesen nach einander entgegengesetzt. Zusammen mit dem Widerstand stellen sie eine Gegenkraft für den Wechselstrom dar, die Impedanz genannt wird. VA und Watt sind nicht mehr gleich, weil Schaltkreise mit Impedanz eine Eigenschaft zeigen, die Leistungsfaktor (pf) genannt wird.
In Wechselstromkreisen wird VA als Scheinleistung oder die Leistung bezeichnet, die in dem Schaltkreis zu fließen scheint. Watt wird als Wirkleistung oder als Wert für die Leistung bezeichnet, die von der Last tatsächlich aufgenommen wird. Zusätzlich zu der Leistung, die reaktive Lasten tatsächlich aufnehmen, wird eine bestimmte Strommenge von der reaktiven Last absorbiert und danach wieder an den Stromkreis abgegeben. Die Leistung, die absorbiert und danach wieder angegeben wird, wird Blindleistung genannt und ist die Differenz zwischen Scheinleistung und Wirkleistung.
In Abbildung B versorgt der gleiche Wechselstromkreis einen Computer, der eine reaktive Last darstellt. Die Impedanz des Computers ist mit 60 Ohm bekannt. Wenn wir das Ohmsche Gesetz anwenden würden, dann wäre der Strom, der in dem Stromkreis fließt, entsprechend I = U/R oder 2 Ampere. Wenn wie erneut das Ohmsche Gesetz anwenden würden, dann würde die vom Schaltkreis aufgenommene Leistung wie folgt zu sein scheinen:
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| P = E x I |
| P = 120 x 2 |
| P = 240VA. |
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Da der Computer eine reaktive Last und keine Ohmsche Last ist, muss der Leistungsfaktor wie folgt berücksichtigt werden, um die Watt zu bestimmen, die der Computer aufnimmt:
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| P = E x I x pf |
| P = 120 x 2 x .65 |
| P = 156 watts |
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Der Unterschied zwischen den 240 VA Scheinleistung und den 156 Watts Wirkleistung ist die Blindleistung von 84 var oder Volt-Ampere reaktiv.
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Die meisten USV-Produkte haben eine Nennleistungsangabe in VA und auch eine Leistungsfaktorangabe, die als Teil der Produktspezifikation gut sichtbar angebracht sind. In vielen Fällen sind die Leistungsfaktoren von USVen so ausgelegt, dass sie in etwa den Leistungsfaktoren von Computern entsprechen. Im obigen Beispiel würde eine USV mit 350 VA mit einem Leistungsfaktor von 0,65 etwa 227 Watt abgeben, die den fraglichen Computer befriedigend betreiben könnten, wobei noch 72 Watt übrig bleiben würden.
Bei niedrigen Leistungen sind die Differenzen zwischen VA und Watt oftmals klein. Bei höheren Leistungen ist jedoch das Verständnis des Unterschieds zwischen VA und Watt sehr wichtig, um sicherzustellen, dass das Spannungsschutzgerät kompatibel zur Last ist.
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