ET2-PR4 Elektrische Leistung

Prof. Dr. Thorsten Jungmann (Stand 2026-03-17)

Überblick über dieses Praktikum

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Thema: Elektrische Leistung im Wechselstromkreis

Termin: 23.06.2026

Schwerpunkte:

• Elektrische Leistung im Wechselstromkreis

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Bezug zu Lektionen: ET2-06

Wichtiger Hinweis: Bereiten Sie sich unbedingt vor!

Erscheinen Sie niemals unvorbereitet zum Praktikum! Zur Vorbereitung gehört:

• Die Unterlagen zum Praktikum im ILIAS-Kurs aufmerksam und vollständig lesen.
• Die theoretischen Grundlagen sicher beherrschen — Sie müssen die Theorie auf dem Kasten haben.

Wer unvorbereitet erscheint, wird nicht zum Praktikum zugelassen.

Ziel des Praktikums

In diesem Versuch geht es um die Frage, die für die Praxis am meisten zählt: Wie viel Leistung wird tatsächlich umgesetzt — und wie viel pendelt nur nutzlos hin und her? Sie machen den Unterschied zwischen Wirk-, Blind- und Scheinleistung messtechnisch greifbar, beobachten den zeitlichen Leistungsverlauf an Widerstand und Kondensator auf dem Oszilloskop und erproben am Ende die Blindleistungskompensation — ein Verfahren, das in der industriellen Praxis alltäglich ist.

Inhalt

Der Versuch besteht aus zwei Teilen:

Versuchsteil 1 — Leistungsverlauf $p(t)$ an Widerstand und Kondensator

• Sie bauen eine RC-Reihenschaltung auf und messen mit dem Leistungsmessgerät Chroma 66203 die elektrischen Leistungsgrößen: Wirkleistung $P$, Blindleistung $Q$, Scheinleistung $S$, Verschiebungsfaktor $\cos \phi$, Strom und Spannung.
• Dann nutzen Sie die Mathefunktionen des Oszilloskops, um den zeitlichen Leistungsverlauf sichtbar zu machen. Da das Oszilloskop Spannungen misst (keine Leistung direkt), arbeiten Sie mit dem Trick $g(t)=u_R(t)\cdot u(t)=R\cdot p(t)$ — das Produkt zweier Spannungskanäle ist proportional zur Momentanleistung.
• Sie stellen die Leistungsverläufe für die Gesamtschaltung, den Widerstand allein und den Kondensator allein dar und bestimmen jeweils den Mittelwert. Das macht anschaulich, was theoretisch klar ist: Am Widerstand wird dauerhaft Leistung umgesetzt (Mittelwert > 0), am Kondensator pendelt die Energie nur hin und her (Mittelwert ≈ 0).

Versuchsteil 2 — Blindleistungskompensation einer RL-Schaltung

• Im zweiten Teil arbeiten Sie mit einer ohmsch-induktiven Last: der Eisenkernspule aus dem dritten Praktikum in Reihe mit einem Widerstand.
• Sie messen zunächst die Leistungsgrößen der unkompensierten Schaltung und zeichnen das Leistungszeigerdiagramm ($P$, $jQ$, $\underline{S}$).
• Aus den Messwerten berechnen Sie die komplexe Impedanz und daraus die Induktivität $L$ und den Gesamtwiderstand $R+R_L$.
• Dann kommt der Kern des Versuchs: Sie berechnen die Kompensationskapazität $C$, die nötig ist, um die induktive Blindleistung vollständig zu kompensieren, und schalten diese parallel zur RL-Last.
• Nach der Kompensation messen Sie erneut alle Leistungsgrößen — jetzt mit dem Chroma 66203 auf zwei Kanälen gleichzeitig, sodass Sie die RL-Last und die Gesamtschaltung getrennt beobachten können.
• Sie zeichnen Zeigerdiagramme für Ströme und Leistungen und erkennen: Der Gesamtstrom sinkt, der Verschiebungsfaktor steigt — die Quelle wird entlastet.

Ablauf und Vorbereitung

Vorbereitung ist Pflicht

Unvorbereitete Studierende werden nicht zugelassen.

Was Sie vorher auf dem Kasten haben müssen:

• Den Unterschied zwischen Wirk-, Blind- und Scheinleistung verstanden haben — nicht nur die Formeln, sondern auch die physikalische Bedeutung: Was wird in Wärme umgesetzt? Was pendelt nur?
• Die komplexe Scheinleistung berechnen können: $\underline{S}=\underline{U}\cdot {\underline{I}}^{\ast }$, mit $P=\text{Re}\{\underline{S}\}$ und $Q=\text{Im}\{\underline{S}\}$
• Den Verschiebungsfaktor $\cos \phi$ interpretieren können und wissen, was $\cos \phi =1$ bedeutet

Verschiebungsfaktor vs. Leistungsfaktor

Der Verschiebungsfaktor $\cos \phi$ gilt ausschließlich für sinusförmige Größen, während der allgemeine Leistungsfaktor $\lambda =P/S$ auch bei nichtsinusförmigen Strömen anwendbar ist. Für ET2 (rein sinusförmig) sind beide identisch.

• Das Prinzip der Blindleistungskompensation verstanden haben: Warum wird ein Kondensator parallel geschaltet? Wie berechnet man die nötige Kapazität?
• Die Formel $C=\frac{L}{R^2+{\omega }^2{L}^2}$ für Vollkompensation herleiten oder zumindest anwenden können
• Zeigerdiagramme für Leistungen ($P$, $jQ$, $\underline{S}$) und Ströme ($\underline{I}$, ${\underline{I}}_L$, ${\underline{I}}_C$) zeichnen können

Praktische Vorbereitung — das ist neu in diesem Versuch:

• Machen Sie sich mit dem Leistungsmessgerät Chroma 66203 vertraut — es misst $P$, $Q$, $S$, $\cos \phi$, $I$ und $U$ gleichzeitig auf bis zu zwei Kanälen
• Üben Sie die Mathefunktion „Multiplikation” am Oszilloskop — Sie brauchen sie, um den Leistungsverlauf darzustellen
• Arbeiten Sie wieder mit dem Differentialtastkopf für massefreie Spannungsmessungen

Wie der Versuch abläuft:

• Im ersten Teil arbeiten Sie viel mit dem Oszilloskop: Sie stellen verschiedene Produkte von Spannungssignalen dar und lesen deren Mittelwerte ab. Achten Sie darauf, immer eine ganzzahlige Anzahl von Perioden darzustellen — sonst stimmt der Mittelwert nicht.
• Im zweiten Teil bauen Sie zunächst die unkompensierte RL-Schaltung auf, dann erweitern Sie sie um den Kompensationskondensator. Die passende Kapazität müssen Sie aus den vorhandenen Kondensatoren zusammenschalten.
• An definierten Stellen besprechen Sie Ergebnisse mit dem Betreuer.