Verlustleistung

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Als Verlustleistung bezeichnet man die Differenz zwischen aufgenommener Leistung (Leistungsaufnahme) und in der gewünschten Form abgegebener Leistung (Leistungsabgabe) eines Gerätes oder Prozesses. Verlustleistung wird überwiegend als Wärme freigegeben.

Wichtig ist die Verlustleistung besonders bei Energieübertragung und Energiewandlung, wie in Getrieben (mechanische Energie), Transformatoren (elektrische Energie), Glühlampen (Wandlung von elektrischer in Lichtenergie), Motoren (Wandlung von chemischer oder elektrischer Energie in mechanische Energie) als zu minimierender Verlust. Ein Teil der Verlustleistung eines Motors ist die Schleppleistung. Das Abführen der entstehenden Verlustwärme erfolgt direkt, durch Strahlung oder Wärmeübertragung oder einen Kühler.

[Bearbeiten] Elektrotechnik

In der Elektrotechnik bezeichnet man den Teil der Wirkleistung als Verlustleistung P_v, der unerwünscht in einem Gerät oder Bauelement in Wärme (auch Verlustwärme) umgesetzt wird.

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An idealen Blindwiderständen, wie Kondensatoren, Spulen ohne Innenwiderstände und unter der Bedingung von zeitlich veränderlichen, elektrischen Flussgrößen (Ströme) oder Potenzialgrößen (Spannungen), geht keine Leistung in Form eines Wärmestromes verloren. Ideale Blindwiderstände verursachen allerdings einen Austausch von Blindleistung Q_v im Wechselstromnetz. Zur Reduzierung des Blindleistungsaustausches setzt man Blindleistungskompensation ein.

Da elektrische Bauelemente wie Kabel oder auch mikroelektronische Schaltkreise nur bis zur einer maximal erlaubten Arbeitstemperatur betrieben werden dürfen (andernfalls droht oft die Zerstörung des Bauelements), ist die maximale Verlustleistung P_tot von den Kühlbedingungen, d. h. der Wärmeabfuhr, abhängig. Diese wird in der Regel vom Hersteller angegeben. Die Verlustleistung spielt daher bei der Halbleiterdimensionierung eine wichtige Rolle, da in den relativ kleinen Bauelementen häufig hohe Energiemengen in Verlustwärme umgewandelt wird. Um die Kühlleistung der Bauelemente zu vergrößern werden u. a. Kühlkörper eingesetzt, um die Oberfläche zu vergrößern. So kann die Wärmeenergie leichter an die Umgebung abgegeben werden.

Der Leitungsverlust bei der Übertragung elektrischer Energie hängt direkt vom Leitungswiderstand R, somit von der Leitungsdicke, dem verwendeten Material und vom fließenden elektrischen Strom ' I ' ab. Er kann mit oder P = U² / R berechnet werden, wobei U den Spannungsabfall über dem Leitungswiderstand R bezeichnet.

[Bearbeiten] Verlustleistung bei elektronischen Schaltern

In Schaltnetzteil verwendet man elektronische Schalter (Transistor oder MOSFET), um einen Strom mit vielen Kilohertz ein- und auszuschalten. Dabei kommt es darauf an, Zwischenzustände zu vermeiden, in denen sowohl die Spannung zwischen Kollektor und Emitter als auch der fließende Strom gleichzeitig groß sind, weil dann das Produkt P = U·I sehr groß ist, sodass der Kristall im Transistor überlastet und zerstört.

• Wenn der Transistor sperrt, sind I = 0 und P = 0, auch wenn die Collektorspannung 300 V beträgt.
• Wenn der Transistor voll durchschaltet, sinkt U_BC auf etwa 0,5 V, bei MOSFETs noch tiefer. Bei einem Kollektorstrom von 30 A beträgt die Verlustleistung nur 15 W, obwohl eben 9000 W eingeschaltet wurden.
• Während des Umschaltens kann es vorkommen, dass der Strom schon auf 10 A gestiegen ist und U_BC noch 40 V beträgt. Die Verlustleistung steigt momentan auf 400 W und kann den Kristall überhitzen.