Festkörpertransformator: Revolutionierung des stromnetzes für stromqualität und energieeffizienz

Von Fouad Sabry

Was ist ein Festkörpertransformator

Eigentlich ist ein AC-zu-AC-Wandler, auch bekannt als Festkörpertransformator (SST), leistungselektronischer Transformator (PET ) oder elektronischer Leistungstransformator, ist eine Art elektrischer Leistungswandler, der einen herkömmlichen Transformator in der elektrischen Wechselstromverteilung ersetzt. Diese Art von elektrischem Leistungswandler ist als AC-zu-AC-Wandler bekannt. Da er mit einer höheren Frequenz arbeitet, ist diese Art von Transformator komplizierter als ein herkömmlicher Transformator, der die Netzfrequenz verwendet, aber er hat auch das Potenzial, platzsparender und kleiner als ein herkömmlicher Transformator zu sein. Die beiden primären Varianten werden als "echte" AC-zu-AC-Wandler bzw. AC-zu-DC-zu-DC-zu-AC-Wandler bezeichnet. Der AC-AC-Wandler oder DC-DC-Wandler, der oft in einem Festkörpertransformator zu finden ist, ist wirklich ein Transformator. Dieser Transformator sorgt für die galvanische Trennung und trägt die gesamte Leistung. Dieser Transformator ist kompakter, da die DC-DC-Inverterstufen, die zwischen den Transformatorspulen auftreten, auf der kleineren Seite sind. Infolgedessen sind auch die Transformatorspulen, die zum Herauf- oder Heruntertransformieren von Spannungen benötigt werden, auf der kleineren Seite. Über einen Festkörpertransformator kann eine aktive Regelung von Spannung und Strom erfolgen. Es gibt mehrere, die in der Lage sind, Strom von einphasig in dreiphasig und umgekehrt umzuwandeln. Die Menge an Umwandlungen, die stattfinden müssen, kann verringert werden, indem Variationen vorhanden sind, die Gleichstromleistung entweder einspeisen oder ausgeben können. Dies führt zu einer erhöhten End-to-End-Effizienz. Ein modularer Solid-State-Transformator ähnelt einem Multi-Level-Konverter dahingehend, dass er aus zahlreichen Hochfrequenztransformatoren besteht und die gleiche Funktion hat. Da es sich um einen komplizierten Stromkreis handelt, muss er so konstruiert sein, dass er Überspannungen verschiedener Art, wie z. B. Blitzschlag, standhalten kann. Der Festkörpertransformator ist eine relativ neue Art von Transformator.

Ihre Vorteile

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Halbleitertransformator

Kapitel 2: Leistungsfaktor

Kapitel 3: Gleichrichter

Kapitel 4: Stromversorgung

Kapitel 5: Wechselrichter

Kapitel 6: Schaltnetzteil

Kapitel 7: DC-zu-DC-Wandler

Kapitel 8: Spannungsregler

Kapitel 9: Leistungselektronik

Kapitel 10: Motor?Generator

Kapitel 11: Rotationswandler

Kapitel 12 : HGÜ-Umrichterstation

Kapitel 13: Frequenzumrichter

Kapitel 14: Stichwortverzeichnis Elektrotechnik

Kapitel 15: H-Brücke

Kapitel 16: Phasenwandler

Kapitel 17: Spannungswandler

Kapitel 18: Induktionserwärmer

Kapitel 19: Transformatortypen

Kapitel 20: Elektrische Maschine

Kapitel 21: Glossar der Elektrotechnik und Elektronik

(II) Answering the publ ic Top-Fragen zu Festkörpertransformatoren.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Verwendung von Festkörpertransformatoren in vielen Bereichen.

(IV) 17 Anhänge zur kurzen Erläuterung, 266 neue Technologien in jeder Branche, um ein umfassendes 360-Grad-Verständnis der Festkörpertransformatortechnologien zu erhalten.

An wen richtet sich dieses Buch?

Profis, Studenten und Absolventen Studenten, Enthusiasten, Bastler und diejenigen, die über grundlegende Kenntnisse oder Informationen für jede Art von Festkörpertransformator hinausgehen möchten.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 31. Aug. 2022

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212 - Raumflugzeug

213 - Fahrzeugkommunikationssysteme

Reihen von the a uthor

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27 - Fahrzeugkommunikationssysteme

Eine Milliarde

Bewandert

Halbleiter-Transformator

Revolutionierung des Stromnetzes mit einer neuen Technologie zur Verbesserung der Stromqualität und Energieeffizienz

Fouad Sabry

Urheberrecht

Solid State Transformer Copyright © 2022 von Fouad Sabry. Alle Rechte vorbehalten.

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form oder mit elektronischen oder mechanischen Mitteln, einschließlich Informationsspeicher- und -abrufsystemen, ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert werden. Die einzige Ausnahme ist von einem Rezensenten, der kurze Auszüge in einer Rezension zitieren kann.

Cover entworfen von Fouad Sabry.

Dieses Buch ist ein Werk der Fiktion. Namen, Charaktere, Orte und Ereignisse sind entweder Produkte der Phantasie des Autors oder werden fiktiv verwendet. Jede Ähnlichkeit mit tatsächlichen Personen, lebenden oder toten, Ereignissen oder Orten ist völlig zufällig.

Bonus

Sie können eine E-Mail an [e-mail] mit der Betreffzeile Solid State Transformer: Revolutionizing the power grid with an emerging technology for power quality improvement and energy efficiency enhancement senden, und Sie erhalten eine E-Mail, die die ersten Kapitel dieses Buches enthält.

Fouad Sabry

Besuchen Sie die Website von 1BK unter

www.1BKOfficial.org

Vorwort

Warum habe ich dieses Buch geschrieben?

Die Geschichte des Schreibens dieses Buches begann 1989, als ich ein Schüler der Secondary School of Advanced Students war.

Es ist bemerkenswert wie die MINT-Schulen (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik), die jetzt in vielen fortgeschrittenen Ländern verfügbar sind.

STEM ist ein Lehrplan, der auf der Idee basiert, Schüler in vier spezifischen Disziplinen - Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik - in einem interdisziplinären und angewandten Ansatz auszubilden. Dieser Begriff wird typischerweise verwendet, um eine Bildungspolitik oder eine Lehrplanwahl in Schulen zu adressieren. Es hat Auswirkungen auf die Entwicklung der Arbeitskräfte, die nationale Sicherheit und die Einwanderungspolitik.

Es gab eine wöchentliche Klasse in der Bibliothek, wo jeder Schüler frei ist, jedes Buch zu wählen und für 1 Stunde zu lesen. Das Ziel der Klasse ist es, die Schüler zu ermutigen, andere Fächer als den Lehrplan zu lesen.

In der Bibliothek, während ich mir die Bücher in den Regalen ansah, bemerkte ich riesige Bücher, insgesamt 5.000 Seiten in 5 Teilen. Der Name des Buches ist The Encyclopedia of Technology, das alles um uns herum beschreibt,vom absoluten Nullpunkt bis zu Halbleitern, fast jede Technologie, zu dieser Zeit, wurde mit bunten Illustrationen und einfachen Worten erklärt. Ich fing an, die Enzyklopädie zu lesen, und natürlich war ich nicht in der Lage, sie in der 1-stündigen wöchentlichen Klasse zu beenden.

Also überzeugte ich meinen Vater, die Enzyklopädie zu kaufen. Mein Vater kaufte alle Technologie-Tools für mich zu Beginn meines Lebens, den ersten Computer und die erste Technologie-Enzyklopädie, und beide haben einen großen Einfluss auf mich und meine Karriere.

Ich habe die gesamte Enzyklopädie im selben Sommerurlaub dieses Jahres beendet, und dann begann ich zu sehen, wie das Universum funktioniert und wie man dieses Wissen auf alltägliche Probleme anwendet.

Meine Leidenschaft für die Technologie begann vor mehr als 30 Jahren und die Reise geht immer noch weiter.

Dieses Buch ist Teil von The Encyclopedia of Emerging Technologies, was mein Versuch ist, den Lesern die gleiche erstaunliche Erfahrung zu bieten, die ich in der High School hatte, aber anstelle von Technologien des 20. Jahrhunderts interessiere ich mich mehr für die aufkommenden Technologien, Anwendungen und Branchenlösungen des 21. Jahrhunderts.

The Encyclopedia of Emerging Technologies wird aus 365 Büchern bestehen, wobei sich jedes Buch auf eine einzige aufstrebende Technologie konzentriert. Sie können die Liste der aufstrebenden Technologien und ihre Kategorisierung nach Branchen im Teil von Coming Soon am Ende des Buches lesen.

365 Bücher, um den Lesern die Möglichkeit zu geben, ihr Wissen über eine einzige aufkommende Technologie jeden Tag innerhalb eines Jahres zu erweitern.

Einleitung

Wie habe ich dieses Buch geschrieben?

In jedem Buch von The Encyclopedia of Emerging Technologies versuche ich, sofortige, rohe Sucheinblicke zu erhalten, direkt aus den Köpfen der Menschen, die versuchen, ihre Fragen über die aufkommende Technologie zu beantworten.

Es gibt 3 Milliarden Google-Suchanfragen pro Tag, und 20% davon wurden noch nie zuvor gesehen. Sie sind wie eine direkte Linie zu den Gedanken der Menschen.

Manchmal ist das Wie entferne ich Papierstau. Zu anderen Zeiten sind es die zerreißenden Ängste und geheimen Sehnsüchte, die sie immer nur mit Google teilen würden.

In meinem Bestreben, eine unerschlossene Goldgrube von Content-Ideen über Solid State Transformer zu entdecken, verwende ich viele Tools, um Autocomplete-Daten von Suchmaschinen wie Google zu hören, und kurbele dann schnell jede nützliche Phrase und Frage heraus, die Leute fragen nach dem Keyword Solid State Transformer.

Es ist eine Goldmine von Menscheneinsichten, mit denen ich frische, äußerst nützliche Inhalte, Produkte und Dienstleistungen erstellen kann. Die freundlichen Leute, wie Sie, wollen wirklich.

Personensuchen sind der wichtigste Datensatz, der jemals über die menschliche Psyche gesammelt wurde. Daher ist dieses Buch ein Live-Produkt und wird ständig durch immer mehr Antworten auf neue Fragen zu Solid State Transformer aktualisiert, die von Menschen wie Ihnen und mir gestellt werden, die sich über diese neue aufkommende Technologie wundern und mehr darüber erfahren möchten.

Der Ansatz für das Schreiben dieses Buches besteht darin, ein tieferes Verständnis dafür zu bekommen, wie Menschen in Solid State Transformer suchen, Fragen und Fragen aufzudecken, die ich nicht unbedingt aus dem Kopf heraus denken würde, und diese Fragen in super einfachen und verdaulichen Worten zu beantworten und das Buch auf einfache Weise zu navigieren.

Wenn es also darum geht, dieses Buch zu schreiben, habe ich darauf geachtet, dass es so optimiert und zielgerichtet wie möglich ist. Dieser Buchzweck ist es, den Menschen zu helfen, ihr Wissen über Solid State Transformer weiter zu verstehen und zu erweitern. Ich versuche, die Fragen der Menschen so genau wie möglich zu beantworten und viel mehr zu zeigen.

Es ist eine fantastische und schöne Möglichkeit, Fragen und Probleme, die die Menschen haben, zu erforschen und direkt zu beantworten und dem Inhalt des Buches Einsicht, Bestätigung und Kreativität zu verleihen - sogar Pitches und Vorschläge. Das Buch deckt reiche, weniger überfüllte und manchmal überraschende Bereiche der Forschungsnachfrage auf, die ich sonst nicht erreichen würde. Es besteht kein Zweifel, dass erwartet wird, dass es das Wissen der Köpfe der potenziellen Leser erhöht, nachdem das Buch mit diesem Ansatz gelesen wurde.

Ich habe einen einzigartigen Ansatz angewendet, um den Inhalt dieses Buches immer frisch zu machen. Dieser Ansatz hängt davon ab, den Köpfen der Menschen zuzuhören, indem die Such-Listening-Tools verwendet werden. Dieser Ansatz hat mir geholfen:

Treffen Sie die Leser genau dort, wo sie sind, damit ich relevante Inhalte erstellen kann, die einen Nerv treffen und mehr Verständnis für das Thema fördern.

Halten Sie meinen Finger fest am Puls der Zeit, damit ich Updates erhalten kann, wenn Menschen auf neue Weise über diese aufkommende Technologie sprechen, und Trends im Laufe der Zeit überwachen kann.

Entdecken Sie verborgene Schätze von Fragen, die Antworten auf die aufkommende Technologie benötigen, um unerwartete Erkenntnisse und versteckte Nischen zu entdecken, die die Relevanz des Inhalts steigern und ihm einen Gewinnvorteil verschaffen.

Der Baustein für das Schreiben dieses Buches umfasst Folgendes:

(1) Ich habe aufgehört, die Zeit mit Bauchgefühl und Rätselraten über den von den Lesern gewünschten Inhalt zu verschwenden, den Buchinhalt mit dem gefüllt, was die Leute brauchen, und habe mich von den endlosen Inhaltsideen verabschiedet, die auf Spekulationen basieren.

(2) Ich habe solide Entscheidungen getroffen und bin weniger Risiken eingegangen, um die Plätze in der ersten Reihe zu dem zu bringen, was die Leute lesen und wissen wollen - in Echtzeit - und Suchdaten zu verwenden, um mutige Entscheidungen darüber zu treffen, welche Themen aufgenommen und welche Themen ausgeschlossen werden sollen.

(3) Ich habe meine Content-Produktion optimiert, um Content-Ideen zu identifizieren, ohne einzelne Meinungen manuell durchsuchen zu müssen, um Tage und sogar Wochen Zeit zu sparen.

Es ist wunderbar, den Menschen zu helfen, ihr Wissen auf einfache Weise zu erweitern, indem sie einfach ihre Fragen beantworten.

Ich denke, der Ansatz des Schreibens dieses Buches ist einzigartig, da es die wichtigen Fragen verfolgt, die von den Lesern in Suchmaschinen gestellt werden.

Bestätigungen

Ein Buch zu schreiben ist schwieriger als ich dachte und lohnender, als ich es mir jemals hätte vorstellen können. Nichts davon wäre ohne die Arbeit renommierter Forscher möglich gewesen, und ich möchte ihre Bemühungen anerkennen, das Wissen der Öffentlichkeit über diese aufkommende Technologie zu erhöhen.

Widmung

Für die Erleuchteten, diejenigen, die die Dinge anders sehen und wollen, dass die Welt besser wird - sie mögen den Status quo oder den bestehenden Staat nicht. Du kannst mit ihnen zu sehr nicht einverstanden sein, und du kannst noch mehr mit ihnen streiten, aber du kannst sie nicht ignorieren, und du kannst sie nicht unterschätzen, weil sie immer Dinge ändern ... Sie treiben die menschliche Rasse voran, und während einige sie als die Verrückten oder Amateure sehen, sehen andere Genies und Innovatoren, weil diejenigen, die erleuchtet genug sind, um zu denken, dass sie die Welt verändern können, diejenigen sind, die es tun und die Menschen zur Erleuchtung führen.

Epigraph

In Wirklichkeit ist ein AC-zu-AC-Wandler, auch bekannt als Halbleitertransformator (SST), leistungselektronischer Transformator (PET) oder elektronischer Leistungstransformator, eine Art elektrischer Stromrichter, der einen herkömmlichen Transformator in der AC-Stromverteilung ersetzt. Diese Art von Stromrichter wird als AC-zu-AC-Wandler bezeichnet. Da es mit einer höheren Frequenz arbeitet, ist diese Art von Transformator komplizierter als ein herkömmlicher Transformator, der die Versorgungsfrequenz verwendet, aber er hat auch das Potenzial, platzsparender und kleiner als ein herkömmlicher Transformator zu sein. Die beiden primären Varianten werden als echte AC-zu-AC-Wandler bzw. AC-zu-DC-zu-DC-zu-AC-Wandler bezeichnet. Der AC-zu-AC-Wandler oder DC-DC-Wandler, der oft in einem Halbleitertransformator zu finden ist, ist in Wirklichkeit ein Transformator. Dieser Transformator sorgt für die galvanische Trennung und trägt die gesamte Leistung. Dieser Transformator ist kompakter, da die DC-DC-Invertierungsstufen, die zwischen den Transformatorspulen auftreten, auf der kleineren Seite liegen. Infolgedessen sind die Transformatorspulen, die benötigt werden, um Spannungen zu erhöhen oder herunterzustufen, auch auf der kleineren Seite. Die aktive Regelung von Spannung und Strom kann über einen Halbleitertransformator erfolgen. Es gibt mehrere, die in der Lage sind,  Strom von einphasig in dreiphasig und umgekehrt umzuwandeln. Die Anzahl der Konvertierungen, die stattfinden müssen, kann durch Variationen verringert werden, die entweder Gleichstrom eingeben oder ausgeben können. Dies führt zu einer erhöhten End-to-End-Effizienz. Ein modularer Festkörpertransformator ähnelt einem Multilevel-Wandler insofern  , als er aus zahlreichen Hochfrequenztransformatoren besteht und die gleiche Funktion hat. Da es sich um einen komplizierten Stromkreis handelt, muss er  so konstruiert sein, dass er Überspannungen verschiedener Art, wie z.B. Blitze, überleben kann. Der Festkörpertransformator ist eine relativ neue Art von Transformator.

Inhaltsverzeichnis

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Urheberrecht

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Vorwort

Einleitung

Bestätigungen

Widmung

Epigraph

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1: Festkörpertransformator

Kapitel 2: Leistungsfaktor

Kapitel 3: Gleichrichter

Kapitel 4: Stromversorgung

Kapitel 5: Wechselrichter

Kapitel 6: Schaltnetzteil

Kapitel 7: DC/DC-Wandler

Kapitel 8: Spannungsregler

Kapitel 9: Leistungselektronik

Kapitel 10: Motorgenerator

Kapitel 11: Drehwandler

Kapitel 12: HGÜ-Umrichterstation

Kapitel 13: Frequenzumrichter

Kapitel 14: Index der elektrotechnischen Artikel

Kapitel 15: H-Brücke

Kapitel 16: Phasenwandler

Kapitel 17: Spannungswandler

Kapitel 18: Induktionserhitzer

Kapitel 19: Transformatortypen

Kapitel 20: Elektrische Maschine

Kapitel 21: Glossar der Elektrotechnik und Elektronik

Epilog

Über den Autor

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Anhänge: Neue Technologien in jeder Branche

Kapitel 1: Festkörpertransformator

In Wirklichkeit ist ein AC-zu-AC-Wandler, auch bekannt als Halbleitertransformator (SST), leistungselektronischer Transformator (PET) oder elektronischer Leistungstransformator, eine Art elektrischer Stromrichter, der einen herkömmlichen Transformator in der AC-Stromverteilung ersetzt. Diese Art von Stromrichter wird als AC-zu-AC-Wandler bezeichnet. Da es mit einer höheren Frequenz arbeitet, ist diese Art von Transformator komplizierter als ein herkömmlicher Transformator, der die Versorgungsfrequenz verwendet, aber er hat auch das Potenzial, platzsparender und kleiner als ein herkömmlicher Transformator zu sein. Die gebräuchlichsten werden als echte AC-zu-AC-Wandler bezeichnet, und sie haben keine DC-Stufen dazwischen. Die andere Art wird als AC-zu-DC-zu-DC-zu-AC-Wandler bezeichnet (bei dem ein aktiver Gleichrichter einen DC-zu-DC-Wandler, der einen Wechselrichter mit Strom versorgt, mit Strom versorgt). Der AC-zu-AC-Wandler oder DC-DC-Wandler, der oft in einem Halbleitertransformator zu finden ist, ist in Wirklichkeit ein Transformator. Dieser Transformator sorgt für die galvanische Trennung und trägt die gesamte Leistung. Dieser Transformator ist kompakter, da die DC-DC-Invertierungsstufen, die zwischen den Transformatorspulen auftreten, auf der kleineren Seite liegen. Infolgedessen sind die Transformatorspulen, die benötigt werden, um Spannungen zu erhöhen oder herunterzustufen, auch auf der kleineren Seite. Die aktive Regelung von Spannung und Strom kann über einen Halbleitertransformator erfolgen. Es gibt mehrere, die in der Lage sind, Strom von einphasig in dreiphasig und umgekehrt umzuwandeln. Die Anzahl der Konvertierungen, die stattfinden müssen, kann durch Variationen verringert werden, die entweder Gleichstrom eingeben oder ausgeben können. Dies führt zu einer erhöhten End-to-End-Effizienz. Ein modularer Festkörpertransformator ähnelt einem Multilevel-Wandler insofern, als er aus zahlreichen Hochfrequenztransformatoren besteht und die gleiche Funktion hat. Da es sich um einen komplizierten Stromkreis handelt, muss er so konstruiert sein, dass er Überspannungen verschiedener Art, wie z.B. Blitze, überleben kann. Der Festkörpertransformator ist eine relativ neue Art von Transformator.

{Ende Kapitel 1}

Kapitel 2: Leistungsfaktor

Der Leistungsfaktor eines Wechselstromsystems ist eine dimensionslose Zahl, die von 1 bis 1 reicht und als das Verhältnis der von der Last aufgenommenen Wirkleistung zur scheinbaren Leistung, die in der Elektrotechnik im Stromkreis fließt, definiert ist. Dieses Verhältnis wird berechnet, indem die von der Last aufgenommene tatsächliche Leistung durch die im Stromkreis fließende Scheinleistung dividiert wird. Wenn die Größe des Leistungsfaktors kleiner als eins ist, zeigt dies, dass Spannung und Strom phasenverschoben sind, was das durchschnittliche Produkt der beiden Größen senkt. Die Fähigkeit eines elektrischen Systems, Arbeiten auszuführen, kann als reale Leistung ausgedrückt werden, die das momentane Produkt der Spannung und des Stroms eines elektrischen Systems ist. Das Produkt aus Effektivstrom und Spannung wird als Scheinleistung bezeichnet. Es ist möglich, dass die wahrgenommene Macht höher ist als die wahre Macht. Dies kann passieren, wenn Energie in der Last gespeichert und dann an die Quelle zurückgegeben wird. Es kann auch passieren, wenn eine nichtlineare Last das Wellenmuster des Stroms verzerrt, der von der Quelle gezogen wird. Wenn das Gerät (das oft die Last ist) Strom erzeugt, der dann zurück zur Quelle fließt, wird ein negativer Leistungsfaktor erzeugt.

Eine Last, die in einem elektrischen Energiesystem einen niedrigen Leistungsfaktor aufweist, verbraucht eine größere Strommenge als eine Last, die im selben System einen hohen Leistungsfaktor für die gleiche Menge an gelieferter nutzbarer Leistung aufweist. Die höheren Ströme führen zu einer Zunahme der Energiemenge, die im gesamten Verteilungssystem verschwendet wird, und erfordern die Verwendung größerer Kabel sowie zusätzlicher Geräte. Wenn es einen niedrigen Leistungsfaktor gibt, berechnen Stromversorger Industrie- oder Gewerbekunden oft einen höheren Preis als Privatanwender. Dies liegt daran, dass die Kosten für größere Geräte und verschwendete Energie in diesen Situationen größer sind.

Der Leistungsfaktor einer Last kann durch die Verwendung einer Leistungsfaktorkorrektur verbessert werden, was wiederum zu einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads des Verteilersystems führt. Ein passives Netzwerk, das aus Kondensatoren und Induktivitäten besteht, kann verwendet werden, um lineare Lasten einzustellen, die einen schlechten Leistungsfaktor haben. Ein Beispiel dafür wären Induktionsmotoren. Der aus dem System entnommene Strom kann verzerrt sein, wenn er von nichtlinearen Lasten wie Gleichrichtern gezogen wird. In solchen Situationen könnte die aktive oder passive Leistungsfaktorkorrektur verwendet werden, um die Verzerrung zu bekämpfen und den Leistungsfaktor zu verbessern. Es ist möglich, dass sich die Geräte, die den Leistungsfaktor korrigieren, in einem zentralen Umspannwerk befinden, über ein Verteilungssystem verteilt oder sogar in die Geräte integriert werden, die den Strom verwenden.

Schaltungen, die beispielsweise aus Kombinationen von Widerständen, Induktivitäten und Kondensatoren bestehen, haben eine sinusförmige Reaktion, wenn sie einer sinusförmigen Netzspannung ausgesetzt werden. Lineare zeitinvariante Schaltungen, die für den Rest dieses Artikels einfach als lineare Schaltungen bezeichnet werden, werden auch als lineare Schaltungen bezeichnet. Aufgrund ihrer Induktivität oder Kapazität verändert eine lineare Last nicht die Form der Wellenform am Eingang, kann jedoch eine Verschiebung der Phasenbeziehung (relatives Timing) zwischen Spannung und Strom verursachen.

Eine vollständig resistive Wechselstromschaltung hat Spannungs- und Stromwellenformen, die im Gleichschritt zueinander stehen, oft als phasenbedingt bezeichnet, und sie schalten die Polarität während jedes Zyklus gleichzeitig. Die gesamte Menge an Strom, die der Last zugeführt wird, wird verbraucht (oder abgeführt).

Aufgrund der Speicherung von Energie in den Lasten kommt es zu einer Phasenabweichung zwischen den Wellenformen des Stroms und der Spannung, wenn Blindlasten vorhanden sind. Zu den reaktiven Lasten gehören Komponenten wie Kondensatoren und Induktivitäten. Während jedes Zyklus der Wechselspannung wird kurzzeitig mehr Energie in Form von elektrischen oder magnetischen Feldern in der Last gespeichert. Diese zusätzliche Energie ist zusätzlich zu jeder Energie, die in der Last verbraucht wird. Diese Energie wird dann einen Teil der Zeit später wieder in das Stromnetz zurückgeführt.

Stromkreise, die überwiegend ohmsche Lasten enthalten, wie Glühlampen und Heizelemente, haben einen Leistungsfaktor, der sehr nahe bei 1 liegt. Auf der anderen Seite können elektrische Schaltkreise, die induktive oder kapazitive Lasten enthalten, wie Elektromotoren, Magnetventile, Transformatoren, Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen und andere Komponenten, einen Leistungsfaktor haben, der deutlich niedriger als 1 ist.

Im Rahmen des Stromnetzes erzeugen Blindlasten eine konsequente Ebbe und Flut von Strom, die nicht produktiv ist. Eine Schaltung mit einem niedrigen Leistungsfaktor verwendet eine größere Strommenge, um eine bestimmte Menge an Echtleistung zu übertragen, als eine Schaltung mit einem hohen Leistungsfaktor. Dies führt zu erhöhten Verlusten durch resistive Erwärmung in Stromleitungen und erfordert den Einsatz von Leitern und Transformatoren mit höheren Nennwerten.

Es gibt zwei Komponenten, die die Stromversorgung ausmachen:

Reale Leistung oder Wirkleistung ( ) (manchmal auch als Durchschnittsleistung bezeichnet), bezogen auf Watt (W) P

Blindleistung ( ), oft quantifiziert in Blind-Volt-Ampere (var) Q

Zusammen bilden sie die komplexe Leistung ( ), ausgedrückt als Volt-Ampere (VA). S

Die Größe der komplexen Leistung ist die Scheinleistung ( ), außerdem in Volt-Ampere (VA) angeben können. |S|

Nicht-SI-Einheiten, die als VA und var bekannt sind, sind theoretisch äquivalent zu der SI-Einheit, die als Watt bekannt ist. In der Ingenieurpraxis werden jedoch VA und var anstelle des Watts verwendet, um anzugeben, welche Menge angegeben wird. Das Internationale Einheitensystem verbietet ausdrücklich die Verwendung von Einheiten zu diesem Zweck oder als einzige Informationsquelle über eine physische Menge in ihrer derzeitigen Form.

Durch die Verwendung des Potenzdreiecks im Vektorraum ist man in der Lage, Beziehungen zwischen den verschiedenen Komponenten der Wechselstromversorgung herzustellen. Sowohl die reale Leistung als auch die Blindleistung erstrecken sich in die gleiche Richtung, horizontal entlang der realen Achse, aber die imaginäre Kraft erstreckt sich in Richtung der imaginären Achse. Da die komplexe Leistung (sowie ihre Größe, die Scheinleistung) eine Mischung aus realer Leistung und Blindleistung ist, ist es möglich, sie zu berechnen, indem man die Vektorsumme dieser beiden Komponenten nimmt. Komplexe Leistung kann auch als Scheinleistung bezeichnet werden. Über den mathematischen Zusammenhang zwischen diesen Komponenten können wir folgende Schlussfolgerungen ziehen:

{\displaystyle {\begin{aligned}S&=P+jQ\\|S|&={\sqrt {P^{2}+Q^{2}}}\\{\text{pf}}&=\cos {\theta }={\frac {P}{|S|}}=\cos {\left(\arctan {\left({\frac {Q}{P}}\right)}\right)}\\Q&=P\,\tan(\arccos({\text{pf}}))\end{aligned}}}

Da der Winkel θ mit der festen Gesamtscheinleistung zunimmt, ist die Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung strenger geworden.

Die Leistung in der Realität nimmt ab, ebenso wie eine Zunahme der Blindleistung.

Liegt die Spannungswellenform in Bezug auf den Leistungsfaktor phasenweise hinter der Stromwellenform, so spricht man von führend.

oder führend, was eine Situation beschreibt, in der die Stromwellenform vor der Spannungswellenform liegt.

Eine induktive Last wird durch einen Leistungsfaktor angezeigt, der sich hinter der Last befindet. , da die Last Blindleistung verbraucht.

Die Blindkomponente ist positiv, da Blindleistung durch den Stromkreis fließt und von der induktiven Last verbraucht wird. Q

Eine kapazitive Last wird durch einen führenden Leistungsfaktor angezeigt.

da die Last Blindleistung liefert und daher die Blindkomponente negativ ist, da dem Stromkreis Blindleistung zugeführt wird. Q

Wenn θ der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung ist, ist folglich der Kosinus des Winkels äquivalent zum Leistungsfaktor, wenn