aiMOOC

Wechselstrom Drehstrom und Netzgrößen – Wirkleistung Blindleistung und Scheinleistung unterscheiden

QR-Code

Einleitung

Wechselstrom Drehstrom und Netzgrößen – Wirkleistung Blindleistung und Scheinleistung unterscheiden

Kurzbeschreibung: Energieumsetzung und Netzbelastung verstehen.

Zielgruppe: Elektronikerinnen und Elektroniker in der Ausbildung, Mechatronik, Elektrotechnik.

Lernzeit: Etwa 90 Minuten, aufteilbar in kurze Lerneinheiten.

Du lernst:

Wechselstrom und Drehstrom anhand von Signaldiagrammen zu erkennen.
Wirkleistung, Blindleistung und Scheinleistung zu unterscheiden.
Das Leistungsdreieck und den Leistungsfaktor zu nutzen.
Die Netzbelastung eines Drehstromverbrauchers zu berechnen.
Eine Blindleistungskompensation fachlich einzuordnen.

Lernmethode: Bilder betrachten → kurze Erklärung lesen → virtuell experimentieren → Aufgaben lösen → Feedback prüfen.

Sicherheit: Alle Schaltungsversuche erfolgen ausschließlich in virtuellen Simulationen oder an geeigneten berührungssicheren Schulungsmodellen unter fachlicher Aufsicht und gemäß Betriebsanweisung. Arbeiten an realen elektrischen Anlagen dürfen nur entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen oder Personen unter der erforderlichen Leitung und Aufsicht einer Elektrofachkraft durchführen. Dieser Kurs, Tests und Quizresultate erteilen keinerlei Arbeits- oder Schaltfreigabe.

Lerneinheit 1: Wechselstrom erkennen

Lernzeit: 8 Minuten

Das Signaldiagramm

Beobachte: Die sinusförmige Wechselspannung verändert periodisch ihren Augenblickswert und ihre Polarität.

Netzgröße	Beispiel
Effektivspannung U	230 V
Frequenz f	50 Hz
Periodendauer T	20 ms
Scheitelwert û	etwa 325 V

Die Angaben gelten für eine sinusförmige Spannung mit 230 V Effektivwert.

Merke: Effektivwert und Scheitelwert sind verschieden. Für viele Leistungsberechnungen verwendest Du die Effektivwerte.

Mini-Aufgabe: Markiere im Diagramm Scheitelwert, Nulldurchgang und Periodendauer.

Feedback: Eine vollständige Periode umfasst einen positiven und einen negativen Halbwellenabschnitt. Bei 50 Hz dauert sie 20 ms, weil T = 1/f gilt.

Lerneinheit 2: Widerstand, Spule und Kondensator

Lernzeit: 12 Minuten

Stromlaufbild verstehen

R = Widerstand, L = Induktivität, C = Kapazität.

Die Grafik zeigt beispielhafte RLC-Schaltungen. Sie dient dem Verständnis elektrischer Ersatzschaltungen, nicht als Aufbauanleitung für Netzspannung.

Bauteil	Idealisierte Phasenlage	Energieverhalten
Widerstand R	Strom und Spannung phasengleich	Energieumsetzung in Wärme
Spule L	Strom eilt Spannung nach	Energie im Magnetfeld
Kondensator C	Strom eilt Spannung voraus	Energie im elektrischen Feld

Signaldiagramm: Induktive Last

Beobachte: Bei einer idealen Spule eilt die Spannung dem Strom um 90° voraus. In einer realen Motorlast treten normalerweise sowohl Wirk- als auch Blindanteile auf.

Signaldiagramm: Induktiv oder kapazitiv?

Vergleich: Bei der idealen Spule folgt der Strom der Spannung. Beim idealen Kondensator läuft der Strom voraus.

Lernvideo: Phasenverschiebung bei R, L und C – Lehrer MaPhy

Mini-Aufgabe: Skizziere zwei Sinuskurven für eine induktive Last. Beschrifte Spannung und Strom.

Feedback: Der Strom muss zeitlich hinter der Spannung liegen. Die Phasenverschiebung beeinflusst den Blindleistungsanteil, nicht unmittelbar den mechanischen Nutzen einer Maschine.

Lerneinheit 3: Drei elektrische Leistungen

Lernzeit: 12 Minuten

Das Leistungsdreieck

Leistung	Zeichen	Einheit	Bedeutung
Wirkleistung	P	Watt W	Zeitlich gemittelte elektrische Energieumsetzung
Blindleistung	Q	var	Periodischer Energieaustausch mit elektrischen oder magnetischen Feldern
Scheinleistung	S	Voltampere VA	Maß für die elektrische Belastung aus Effektivspannung und Effektivstrom

Merksatz: Wirkleistung bewirkt Energieumsetzung. Blindleistung beschreibt den pendelnden Energieanteil. Scheinleistung ist für die Strom- und Betriebsmittelbelastung wichtig.

Formeln für sinusförmigen Einphasenwechselstrom

Größe	Berechnung
Scheinleistung	S = U · I
Wirkleistung	P = U · I · cos φ
Verschiebungsblindleistung	Q = U · I · sin φ
Leistungsdreieck	S² = P² + Q²
Wirkfaktor	cos φ = P / S

Wichtig: U und I sind Effektivwerte. Das klassische Leistungsdreieck und cos φ = P/S setzen sinusförmige Spannung und sinusförmigen Strom voraus. Bei verzerrten Strömen ist der tatsächliche Leistungsfaktor λ = P/S zu unterscheiden vom Verschiebungsfaktor cos φ der Grundschwingung.

Im üblichen Verbraucherzählpfeilsystem gilt bei induktiv wirkender Last Q > 0 und bei kapazitiv wirkender Last Q < 0.

Lernvideo: Wirkleistung, Blindleistung, Scheinleistung

Alex Tbg – SimpleLearning

Mini-Aufgabe: Ein sinusförmig betriebener Wechselstromverbraucher nimmt 800 W bei 1000 VA auf. Bestimme den Wirkfaktor.

Lösung: cos φ = 800 / 1000 = 0,8.

Feedback: Nicht die gesamte Scheinleistung wird als Wirkleistung umgesetzt. Der Quotient 0,8 beschreibt den Wirkanteil an der Scheinleistung.

Lerneinheit 4: Drehstrom und Netzgrößen

Lernzeit: 12 Minuten

Drei Wechselspannungen

Im symmetrischen Drehstromsystem sind die drei Phasenspannungen um jeweils 120° gegeneinander verschoben.

Hinweis: Die Farben der Grafik unterscheiden die Kurven. Sie sind keine verbindliche Kennzeichnung realer Leiterfarben.

Zeigerbild

Beobachte: Die drei Spannungszeiger sind gleich lang und jeweils um 120° versetzt.

Stromlaufbild: Sternschaltung

In einem üblichen symmetrischen 230/400-V-Drehstromnetz gilt:

Außenleiter gegen Neutralleiter: ungefähr 230 V.

Außenleiter gegen Außenleiter: ungefähr 400 V.

Bei symmetrischer Sternlast gilt:

U_Leiter = √3 · U_Strang

I_Leiter = I_Strang

Stromlaufbild: Dreieckschaltung

Bei symmetrischer Dreiecklast gilt:

U_Leiter = U_Strang

I_Leiter = √3 · I_Strang

Achtung: Stern- und Dreieckschaltungen werden hier nur als Stromlaufbilder analysiert. Eine Umverdrahtung eines Motors darf daraus nicht abgeleitet werden.

Leistung beim symmetrischen Drehstrom

Für sinusförmige, symmetrisch belastete Drehstromsysteme:

S = √3 · U · I

P = √3 · U · I · cos φ

Q = √3 · U · I · sin φ

U bezeichnet hierbei die Außenleiterspannung und I den Außenleiterstrom.

Lernvideo: Leistung bei Drehstrom – Studytiger

Mini-Aufgabe: Warum darf bei einer symmetrischen Drehstromlast die Einphasenformel P = U · I · cos φ nicht ohne Anpassung mit 400 V Außenleiterspannung und Außenleiterstrom zur Berechnung der Gesamtleistung verwendet werden?

Feedback: Die angegebenen Größen sind Leitergrößen eines Dreiphasensystems. In der Gesamtformel erscheint deshalb der Faktor √3. Alternativ kann mit den passenden Stranggrößen gerechnet werden.

Lerneinheit 5: Ausbildungsfall – Lüftungsanlage

Lernzeit: 15 Minuten

Ausgangssituation

Ausbildungsfall: In einem Betrieb soll die Netzbelastung einer Lüftungsanlage beurteilt werden. Die Messwerte werden als fiktive, bereits fachgerecht ermittelte Daten bereitgestellt.

Größe	Wert
Elektrische Wirkleistung P am Anschluss	4,80 kW
Außenleiterspannung U	400 V
Frequenz	50 Hz
Wirkfaktor cos φ	0,80 induktiv
Betriebszustand	Symmetrisch, sinusförmig

Dein Auftrag: Berechne die Scheinleistung, die Blindleistung und den Außenleiterstrom.

Rechenweg

Schritt 1: Scheinleistung

S = P / cos φ

S = 4,80 kW / 0,80

S = 6,00 kVA

Schritt 2: Blindleistung

Q = √(S² − P²)

Q = √(6,00² − 4,80²)

Q = 3,60 kvar induktiv

Schritt 3: Außenleiterstrom

I = S / (√3 · U)

I = 6000 VA / (√3 · 400 V)

I ≈ 8,66 A

Was ändert eine Blindleistungskompensation?

Im theoretischen Vergleich wird der Wirkfaktor auf 0,95 induktiv verbessert. Die elektrische Wirkleistung wird näherungsweise als konstant angenommen.

Netzgröße	Vorher	Nachher
P	4,80 kW	4,80 kW
cos φ	0,80	0,95
S	6,00 kVA	5,05 kVA
Q	3,60 kvar	1,58 kvar
I	8,66 A	7,29 A

Die rechnerisch auszugleichende induktive Blindleistung beträgt ungefähr 2,02 kvar.

Ergebnis: Der Außenleiterstrom sinkt um ungefähr 16 %. Dadurch können die stromabhängigen Leitungsverluste sinken. Die betrachtete Wirkleistung bleibt im idealisierten Vergleich nahezu unverändert.

Praxisgrenze: Diese Berechnung ist keine Auswahl- oder Einbauanleitung für Kondensatoren. Kompensation erfordert unter anderem die Prüfung von Oberschwingungen, Resonanzen, Schaltvorgängen, Schutzmaßnahmen und betrieblichen Anforderungen durch qualifizierte Fachkräfte.

Lernvideo: Blindleistungskompensation – Studytiger

Lerneinheit 6: Sicheres virtuelles Labor

Lernzeit: 15 Minuten

Simulation A: Wechselstrom und Phasenlage

PhET – Stromkreise schalten: Wechselstrom

Virtuelle Wechselstromsimulation öffnen

Versuchsauftrag:

Öffne die Simulation im Bereich Wechselspannung oder RLC.
Erstelle einen einfachen virtuellen Wechselstromkreis mit Widerstand.
Vergleiche ihn mit einer Schaltung mit Induktivität.
Beobachte Stromstärke, Spannungsverlauf und Phasenlage.
Untersuche anschließend einen Kondensator.

Beobachtungsprotokoll:

Modell	Erwartete Beobachtung	Deine Erklärung
Idealer Widerstand	Phasengleiche Größen
Ideale Spule	Strom nacheilend
Idealer Kondensator	Strom voreilend

Feedback: Deine Beobachtung ist fachlich stimmig, wenn Du den zeitlichen Zusammenhang von Strom und Spannung erklärst. Eine reine Spule und ein reiner Kondensator tauschen im idealen Modell Feldenergie periodisch mit der Quelle aus.

Simulation B: Netzbelastung und Blindleistung

Falstad Circuit Simulator

Virtuellen Schaltungssimulator öffnen

Wähle im Menü mit den Beispielschaltungen den Bereich Power Factor.

Vergleiche die zeitlichen Leistungsverläufe und die Belastung der simulierten Zuleitung.

Arbeitsauftrag: Begründe, warum ein induktiver Blindstrom zu zusätzlicher Strombelastung und Leitungsverlusten führen kann.

Feedback: Entscheidend ist die Stromstärke: Leitungsverluste an einem konstanten ohmschen Leitungswiderstand steigen proportional zum Quadrat des Stroms. Blindstrom kann deshalb reale Verlustwärme verursachen, obwohl die ideale Blindleistung selbst keine dauerhafte Energieumsetzung darstellt.

Sicherheitsregel: Ein virtueller Schaltungsaufbau darf nicht ungeprüft in einen realen Aufbau übertragen werden. Ein späterer praktischer Schulungsversuch ist nur mit geeignetem berührungssicherem Ausbildungsgerät, Betriebsanweisung, Gefährdungsbeurteilung und erforderlicher fachlicher Aufsicht zulässig.

Gestufte Übungsaufgaben mit Hilfen und Feedback

Basisaufgabe: Leistungen zuordnen

Auftrag: Ordne P, Q und S den Begriffen Energieumsetzung, periodischer Feldaustausch und elektrische Belastung zu. Ergänze die korrekten Einheiten.

Hilfe 1: Betrachte das Leistungsdreieck.

Hilfe 2: Überlege, was Wärme, mechanische Arbeit und elektromagnetische Felder unterscheidet.

Hilfe 3: Prüfe die Einheiten Watt, var und Voltampere.

Begründetes Feedback: Richtig ist P in W für die Energieumsetzung, Q in var für den periodischen Feldaustausch und S in VA für die Scheinleistung. Eine Zuordnung von Q zur nutzbaren mechanischen Energie wäre falsch, weil Blindleistung im sinusförmigen Modell keinen dauerhaften Energiebeitrag liefert.

Anwendungsaufgabe: Leistung berechnen

Auftrag: Berechne für den Ausbildungsfall die elektrische Scheinleistung und den Außenleiterstrom. Erläutere jeden Rechenschritt.

Hilfe 1: Gesucht sind S und I.

Hilfe 2: Verwende S = P / cos φ und anschließend I = S / (√3 · U).

Hilfe 3: Rechne 4,80 kW zuerst in 4800 W um und beachte bei S ebenfalls die Umrechnung von kVA in VA.

Begründetes Feedback: 6,00 kVA und ungefähr 8,66 A sind richtig. Wer mit 6,00 statt 6000 in der Stromformel rechnet, erhält ein tausendfach zu kleines Ergebnis. Die Einheitenkontrolle hilft, diesen Fehler zu erkennen.

Transferaufgabe: Netz entlasten

Auftrag: Beurteile die Aussage: „Nach der Kompensation braucht die Lüftungsanlage weniger Wirkleistung, weil ihr Strom sinkt.“

Hilfe 1: Vergleiche die P-Werte der Tabelle.

Hilfe 2: Unterscheide die Anlagenwirkleistung vom zusätzlichen Verlust in der Zuleitung.

Hilfe 3: Vergleiche 8,66 A mit 7,29 A und betrachte die stromabhängigen Leitungsverluste.

Begründetes Feedback: Die Aussage ist in dieser Form falsch. Die angenommene elektrische Wirkleistung des Verbrauchers bleibt gleich. Es verringern sich Scheinleistung, Blindleistung und Außenleiterstrom am betrachteten Netzanschluss. Damit können Leitungsverluste sinken; daraus folgt aber keine entsprechende Verringerung der für den Betrieb der Anlage benötigten Wirkleistung.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was bedeutet ein Effektivwert von 230 V bei sinusförmiger Spannung? (Die Spannung hat dieselbe Wärmewirkung an einem ohmschen Widerstand wie 230 V Gleichspannung) (!Die Spannung hat immer einen Scheitelwert von 230 V) (!Die Spannung bleibt zeitlich konstant) (!Die Spannung hat keine negativen Augenblickswerte)

Wie verhalten sich Strom und Spannung an einem idealen ohmschen Widerstand? (Sie sind phasengleich) (!Der Strom eilt um 90 Grad nach) (!Der Strom eilt um 90 Grad voraus) (!Sie haben immer unterschiedliche Frequenzen)

Was gilt bei einer idealen Spule im sinusförmigen Wechselstromkreis? (Der Strom eilt der Spannung nach) (!Der Strom eilt der Spannung voraus) (!Die Spannung bleibt konstant) (!Die Phasenverschiebung beträgt immer null Grad)

Welche Einheit gehört zur Wirkleistung? (Watt) (!Voltampere) (!var) (!Ohm)

Welche Einheit gehört zur Blindleistung? (var) (!Watt) (!Hertz) (!Ampere)

Welche Einheit gehört zur Scheinleistung? (Voltampere) (!Wattstunde) (!Kilowattstunde) (!Henry)

Wie ergibt sich die Scheinleistung aus Wirk- und Blindleistung im sinusförmigen Wechselstromkreis? (Als Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate von P und Q) (!Als einfache Summe von P und Q) (!Als Differenz zwischen P und Q) (!Als Produkt aus P und Q)

Welche Formel beschreibt die Wirkleistung bei symmetrischem sinusförmigem Drehstrom mit Außenleitergrößen? (P gleich Wurzel drei mal U mal I mal cos phi) (!P gleich U mal I) (!P gleich U geteilt durch I) (!P gleich Wurzel drei mal U mal I mal sin phi)

Ein Verbraucher benötigt 4,8 kW bei einem Wirkfaktor von 0,8. Wie groß ist die Scheinleistung? (6 kVA) (!3,84 kVA) (!4 kVA) (!8 kVA)

Welche Aussage zur Freigabe elektrischer Arbeiten ist richtig? (Quizresultate ersetzen keine erforderliche Qualifikation und Arbeitsfreigabe) (!Ein bestandenes Quiz erlaubt Arbeiten an Netzspannung) (!Eine Simulation ersetzt eine Gefährdungsbeurteilung) (!Eine richtige Stromberechnung erlaubt jede elektrische Schalthandlung)

Memory

Ordne die Fachbegriffe den passenden Bedeutungen zu.

Wirkleistung	Watt
Blindleistung	var
Scheinleistung	Voltampere
Ohmscher Widerstand	Phasengleicher Strom
Induktive Last	Nacheilender Strom
Kapazitive Last	Voreilender Strom
Leistungsfaktor	Wirkleistungsanteil an der Scheinleistung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Watt	Wirkleistung
var	Blindleistung
Voltampere	Scheinleistung
Strom nacheilend	Induktivität
Strom voreilend	Kapazität
Periodischer Energieaustausch	Blindanteil
Elektrische Energieumsetzung	Wirkanteil

Kreuzworträtsel

WIRKLEISTUNG	Welche elektrische Leistung beschreibt die zeitlich gemittelte Energieumsetzung?
BLINDLEISTUNG	Welche Leistung beschreibt den periodischen Energieaustausch mit elektrischen oder magnetischen Feldern?
SCHEINLEISTUNG	Welche Leistungsgröße wird in Voltampere angegeben?
EFFEKTIVWERT	Welcher Spannungswert beschreibt die entsprechende Wärmewirkung bei einem ohmschen Verbraucher?
PHASENWINKEL	Welche Winkelgröße beschreibt die zeitliche Verschiebung sinusförmiger Spannung und Stromstärke?
DREHSTROM	Wie heißt ein System aus drei phasenverschobenen Wechselspannungen gleicher Frequenz?

LearningApps

Suche ergänzende interaktive Übungen zum Thema:

Lückentext

Die zeitlich gemittelte elektrische Energieumsetzung wird durch die

beschrieben.

Die Einheit der Wirkleistung ist

.

Die im elektrischen oder magnetischen Feld periodisch ausgetauschte Leistung heißt

.

Die Blindleistung wird in

angegeben.

Die Scheinleistung wird in

gemessen.

Die Phasenverschiebung zwischen sinusförmigem Strom und sinusförmiger Spannung wird durch den Winkel

beschrieben.

Bei einer idealen Spule eilt der Strom der Spannung

.

Bei einem idealen Kondensator eilt der Strom der Spannung

.

Ein symmetrisches Drehstromsystem besitzt drei um jeweils

Grad verschobene Phasenspannungen.

Die elektrische Scheinleistung einer symmetrischen Drehstromlast ergibt sich aus dem Faktor Wurzel drei sowie der Außenleiterspannung und dem

.

Beim sinusförmigen Verbraucher beschreibt der Quotient aus Wirkleistung und Scheinleistung den

.

Eine geeignete Blindleistungskompensation kann die Strombelastung des vorgelagerten

reduzieren.

Offene Aufgaben

Die Aufgaben sind nach Schwierigkeit geordnet. Verwende ausschließlich Diagramme, bereitgestellte Daten, sichere Simulationen und freigegebene Unterrichtsmaterialien.

Leicht – Basis

Wirkleistung: Erstelle drei Lernkarten zu Wirk-, Blind- und Scheinleistung. Zeichne Symbole und ergänze Einheiten sowie jeweils ein Anwendungsbeispiel.
Sinusspannung: Zeichne eine Sinuskurve und kennzeichne Scheitelwert, Effektivwert und Periodendauer.
Phasenverschiebung: Erstelle zwei farbige Signaldiagramme, in denen Du das Nachlaufen und Vorlaufen des Stroms darstellst.
Sternschaltung: Beschrifte ein schematisches Drehstrombild mit L1, L2, L3, N, Strangspannung und Außenleiterspannung.

Feedback zur Basisstufe: Eine gute Lösung unterscheidet die Größen über ihre physikalische Bedeutung und nicht nur über ihre Einheiten. Das Verhältnis der Phasen muss aus den Diagrammen eindeutig erkennbar sein.

Standard – Anwendung

Leistungsdreieck: Zeichne das Leistungsdreieck des Ausbildungsfalls maßstäblich für P = 4,80 kW, Q = 3,60 kvar und S = 6,00 kVA.
Scheinleistung: Berechne den Außenleiterstrom für eine symmetrische Drehstromlast mit 400 V, 3,0 kVA und einem Leistungsfaktor von 0,75. Erkläre, weshalb der Leistungsfaktor für die Berechnung aus gegebener Scheinleistung nicht zusätzlich benötigt wird.
Schaltungssimulation: Dokumentiere in der PhET-Simulation die Unterschiede zwischen einem ohmschen, einem induktiven und einem kapazitiven Verhalten mit drei kommentierten Bildschirmabbildungen.
Blindleistungskompensation: Vergleiche den Ausbildungsfall bei cos φ = 0,80 und cos φ = 0,95. Stelle P, Q, S und I in einer selbst erstellten Tabelle gegenüber.

Feedback zur Anwendungsstufe: Achte auf die richtigen Formeln und Einheiten. Bei 3,0 kVA und 400 V ergibt sich I ≈ 4,33 A. Der Leistungsfaktor ist bereits in der vorgegebenen Scheinleistung berücksichtigt. Veränderungen der Blindleistung verändern bei gleicher Wirkleistung die Scheinleistung und den Leiterstrom.

Schwer – Transfer

Netzbelastung: Erläutere anhand des Ausbildungsfalls, weshalb ein kleinerer Strom die Leitungsverluste reduzieren kann. Unterscheide dabei elektrische Verbraucherleistung und Verluste in der Zuleitung.
Leistungsfaktor: Recherchiere, warum bei nicht sinusförmigem Strom der tatsächliche Leistungsfaktor vom Verschiebungsfaktor abweichen kann. Erstelle ein Vergleichsschaubild.
Asymmetrische Belastung: Untersuche theoretisch, weshalb die vereinfachte Drehstrom-Gesamtformel bei unsymmetrischer Belastung nicht ohne Weiteres angewendet werden darf. Beschreibe ein geeignetes Verfahren zur getrennten Leistungsbetrachtung.
Elektrische Sicherheit: Erstelle ein kurzes Lernvideo oder eine Infografik zum Thema „Warum eine bestandene Theorieprüfung keine Schaltfreigabe ist“. Führe nach Möglichkeit ein Gespräch mit einer Elektrofachkraft und dokumentiere deren fachliche Hinweise.

Feedback zur Transferstufe: Gute Lösungen betrachten die Voraussetzungen der Formeln, die tatsächliche Netzbelastung und die Grenzen der Modellrechnung. Besonders wichtig ist die Erkenntnis, dass Blindleistungskompensation eine fachlich geplante Maßnahme ist und keine allgemeine Bastellösung.

Lernkontrolle

Bearbeite die Aufgaben schriftlich oder in einem Fachgespräch. Begründe Deine Aussagen.

Energieumwandlung: Warum kann ein Elektromotor trotz einer hohen Wirkleistung zusätzlich Blindleistung aufnehmen? Erkläre die beteiligten Energieformen.
Leistungsdreieck: Warum wird die Scheinleistung nicht durch einfache Addition von Wirkleistung und Blindleistung ermittelt? Nutze eine geometrische Begründung.
Drehstrom: Vergleiche die Leistungsermittlung mit Stranggrößen und mit Außenleitergrößen in einem symmetrischen System.
Blindleistungskompensation: Erkläre, warum der Strom sinken kann, ohne dass die elektrische Wirkleistung des betrachteten Verbrauchers entsprechend sinkt.
Oberschwingung: Ein elektronisches Gerät zeigt einen Leistungsfaktor von 0,70, aber einen Verschiebungsfaktor nahe 1. Welche Ursache kommt infrage und warum reicht das klassische Phasenverschiebungsmodell nicht aus?
Arbeitssicherheit: Eine Auszubildende möchte nach bestandenem Onlinequiz einen realen Drehstrommotor anschließen. Beurteile die Situation unter Berücksichtigung der erforderlichen Qualifikation, Beauftragung, Aufsicht und Freigabe.

Beurteilungskriterien: Physikalisch korrekte Zusammenhänge, passende Formeln, nachvollziehbare Begründungen, erkennbare Modellgrenzen und sichere Entscheidungen.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis erstellst Du eine kompakte Dokumentation.

Fachbegriffe: Du kannst P, Q, S sowie deren Einheiten und Bedeutung korrekt erklären.
Signaldiagramme: Du kannst induktive und kapazitive Phasenverschiebungen beschreiben.
Stromlaufbilder: Du kannst Stern- und Dreieckschaltungen in einer schematischen Darstellung unterscheiden.
Berechnungen: Du kannst den Ausbildungsfall einschließlich der Einheiten richtig und nachvollziehbar berechnen.
Simulation: Du dokumentierst mindestens einen virtuellen Versuch mit Hypothese, Beobachtung und Erklärung.
Transfer: Du kannst erklären, warum eine Verbesserung des Leistungsfaktors die Netzbelastung reduzieren kann.
Sicherheit: Du erkennst die Grenzen virtueller Modelle und weißt, dass nur entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen reale elektrische Arbeiten verantworten beziehungsweise im vorgesehenen Rahmen anleiten und beaufsichtigen dürfen.

Bewertungsvorschlag: Fachliche Richtigkeit 40 %, Anwendung und Berechnungen 25 %, Diagramme und Simulation 20 %, begründete Transfer- und Sicherheitsreflexion 15 %.

Wichtig: Dieser Lernnachweis dient ausschließlich der pädagogischen Leistungsbewertung. Er stellt weder einen Qualifikationsnachweis als Elektrofachkraft noch eine Arbeits-, Schalt- oder Inbetriebnahmefreigabe dar.

OERs zum Thema

Wikipedia: Scheinleistung

Weitere Wikipedia-Grundlagen:

Wechselstrom: Effektivwert und Wechselgrößen.
Dreiphasenwechselstrom: Symmetrische Drehstromsysteme.
Wirkleistung: Gemittelte elektrische Leistung.
Blindleistung: Energieaustausch und Blindanteile.
Scheinleistung: Belastung durch Effektivspannung und Effektivstrom.
Leistungsfaktor: Wirkfaktor, Verschiebungsfaktor und Verzerrung.
Sternschaltung und Dreieckschaltung: Drehstromverschaltungen.

Geprüfte Fachquellen

OpenStax – Power in an AC Circuit: Physikalische Herleitung der Wechselstromleistung.
Wikipedia – Scheinleistung: Definitionen und Leistungsdreieck.
Wikipedia – Leistungsfaktor: Unterschied zwischen Leistungsfaktor und Verschiebungsfaktor.
Wikipedia – Dreiphasenwechselstrom: Drehstromleistung und Außenleitergrößen.
Schneider Electric – Leistung und Leistungsfaktor: Industrielle Messgrößen und Phasenlage.
DGUV Vorschrift 3: Anforderungen an den Umgang mit elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln.
Falstad Circuit Simulator: Virtuelle Wechselstrom- und Leistungsfaktorschaltungen.
PhET – Wechselstrom: Interaktive und virtuelle Schaltungsmodelle.

Mediennachweise und Nutzungsrechte

Die verwendeten Wikimedia-Commons-Dateien wurden anhand ihrer jeweiligen Dateibeschreibungen und Lizenzhinweise ausgewählt. Die Originaldateien werden verlinkt beziehungsweise eingebunden, nicht unter einer neuen Lizenz weitergegeben.

Gemeinfreie beziehungsweise CC0-Grafiken:

Sinusspannung.svg – Saure, gemeinfreie einfache Geometrie.
Phasenverschiebung induktiv.svg – Hyperstryke, gemeinfrei.
VI phase.svg – Andel, CC0 1.0.
Leistungsdreieck.svg – Dmstraub, CC0 1.0.
Drehstrom.svg – Christoph Tzschoppe, SVG-Nachzeichnung Curtis Newton, gemeinfrei.

Grafiken mit Namensnennung und Lizenzbedingungen:

RLC circuit.svg – Setreset, CC BY-SA 3.0.
3 phase AC waveform.svg – J JMesserly, basierend auf SiriusA, unter anderem CC BY 3.0.
Sternschaltung.svg – Curtis Newton, bearbeitete Version Faxel, CC BY-SA 2.0 DE.
Dreieckschaltung.svg – Curtis Newton, CC BY-SA 2.0 DE.

Für Weiterverwendungen und Bearbeitungen sind die konkreten Lizenzbedingungen und Urheberangaben der verlinkten Commons-Dateiseiten maßgeblich. Insbesondere sind bei CC-BY-SA-Materialien Namensnennung, Lizenzhinweis, Änderungskennzeichnung und gegebenenfalls Weitergabe unter kompatiblen Bedingungen zu beachten.

Videos: Die vier Lehrvideos stammen von Lehrer MaPhy, Alex Tbg – SimpleLearning und Studytiger. Die Einbindung erfolgt über die öffentlich auffindbaren YouTube-Adressen; es findet kein Reupload statt. Die YouTube-Videos werden nicht als frei lizenzierte OER ausgegeben. Ihre Verfügbarkeit und Einbettbarkeit können sich ändern.

Simulationen: PhET und Falstad werden als externe virtuelle Lernanwendungen verlinkt. Ihre jeweiligen Lizenz- und Nutzungsbedingungen gelten gesondert. Für diesen Kurs werden keine Programmkopien oder veränderten Versionen der Simulationen verteilt.