Verlustwinkel
Der Verlustwinkel beschreibt den Anteil der Wirkleistung elektrisch reaktiver Bauteile wie Spulen oder Kondensatoren bei sinusförmigen Spannungs- und Stromverlauf.
Bei oszillierenden mechanischen Untersuchungen tritt der Verlustwinkel als Phasenunterschied zwischen Deformation und anliegender (z.B. Schub-)spannung auf. S.a. komplexer Schubmodul.
Beschreibung
Der Verlustwinkel ist als Arcustangens des Verhältnisses von Wirkleistung zu Blindleistung definiert. Hiervon zu unterscheiden ist der Kosinus des Winkels der Phasenverschiebung φ als Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung.
Je kleiner der Verlustwinkel, desto näher kommen die realen Bauteile einem idealen Verhalten. Eine ideale Induktivität hat einen Verlustwinkel von 0°. Ein idealer Kondensator hat ebenfalls einen Verlustwinkel von 0°.
Ein idealer elektrischer Widerstand hat dagegen einen Verlustwinkel von 90°; er besitzt keine kapazitiven oder induktiven Blindanteile.
Der Verlustwinkel lässt sich über die komplexe Impedanz Z oder über die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung des Bauteils berechnen:
Verlustfaktor einer Spule:
Verlustfaktor eines Kondensators:
mit R dem äquivalenten Serienwiderstand im Ersatzschaltbild des Bauteiles
Der äquivalente Serienwiderstand (kurz ESR, von engl. Equivalent Series Resistor) repräsentiert im Ersatzschaltbild alle Verluste:
- die ohmschen Verluste in den Zuleitungen und Wicklungsdrähten
- bei Spulen zusätzlich die Wirbelstrom-, Skin-Effekt-, Proximity-Effekt- und Ummagnetisierungsverluste (Hystereseverluste)
- bei Kondensatoren zusätzlich den Dielektrischen Verlustfaktor und den Isolationswiderstand
Da sich bei realen Bauteilen die Real- und Imaginärteile der Impedanz und damit die Phasenverschiebung unterschiedlich stark mit der Frequenz ändern, ändert sich meist auch der Verlustwinkel mit der Frequenz; er nimmt in der Regel mit dieser zu.
Je kleiner der äquivalente Serienwiderstand im Serien-Ersatzschaltbild eines
Kondensators ist, desto kleiner ist dessen Verlustwinkel.
Entsprechend
ist auch bei einer Spule mit kleinem Verlustwinkel der ESR im
Serien-Ersatzschaltbild kleiner. Der Verlustwinkel ist insbesondere bei
Kondensatoren neben dem Kapazitätswert eine seiner wichtigen Kenngrößen; er wird
bei einer bestimmten Frequenz bestimmt, die sich nach dem Einsatzzweck des
Kondensators richtet und die im Datenblatt mit angegeben wird.
Hinweis: Alle obenstehenden Ausführungen gelten für gleichfrequente sinusförmige Spannungen und Ströme.
Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de Seite zurück© biancahoegel.de
Datum der letzten Änderung: Jena, den: 10.03. 2024