Watt (W) und Volt-Ampere (VA) sind beides Maßeinheiten für elektrische Leistung. Watts beziehen sich auf “reale Leistung”, während Volt-Ampere auf “scheinbare Leistung” verweisen. Elektronische Produkte zeigen in der Regel den einen oder anderen Wert oder beide Werte an, um Informationen darüber zu liefern, wie viel Energie sie verbrauchen oder wie viel Strom sie ziehen werden. Jeder dieser Werte kann für verschiedene Zwecke verwendet werden.
Was sind Watts?
Die reale Leistung in Watt ist die Leistung, die Arbeit verrichtet oder Wärme erzeugt. Die Leistung in Watt ist die Rate, mit der Energie verbraucht (oder erzeugt) wird. Ein Watt ist ein Joule (Energie) pro Sekunde (1 W = 1 J/s). Sie zahlen Ihrem Versorgungsunternehmen für die in Energie ausgedrückten Watt, die Energie, die über einen bestimmten Zeitraum verbraucht wird, in der Regel in Kilowattstunden von Ihrem Versorgungsunternehmen angezeigt. Zum Beispiel verbraucht eine 100-W-Glühbirne, die 10 Stunden lang eingeschaltet bleibt, 1 kWh Energie (100 W x 10 Stunden = 1000 W-Stunden = 1 kWh).
Wie werden Watts berechnet?
Die reale Leistung für Gleichstromkreise ist einfach die Spannung (Vdc) mal den Strom (Idc):
W = Vdc x Idc (1)
Das Konzept zur Berechnung der realen Leistung für Wechselstromkreise ist zwar einfach, die Durchführung der Berechnung ist jedoch viel schwieriger. Um die Leistung in Watt zu erhalten, müssen Sie die momentane Spannung mit der Zeit v(t) und den momentanen Strom mit der Zeit i(t) kennen. Wenn Sie diese multiplizieren, erhalten Sie die momentane Leistung mit der Zeit p(t).
Da diese momentane Leistung im Laufe der Zeit schwankt, müssen wir einen Durchschnittswert erhalten. Dafür integrieren wir die Leistung über einen Zeitraum und teilen durch den Zeitraum, um den Durchschnitt zu erhalten. Das liefert uns die von der Vorrichtung in einem Schaltkreis mit der Spannung v(t) und dem Strom i(t) dissipierten Watt für den bewerteten Zeitraum. Unter der Annahme, dass die Spannung und der Strom periodische Wellenformen mit der Periode T sind, ist der strenge mathematische Ausdruck zur Berechnung der Leistung für eine periodische Wellenform mit der Periode T:
So einfach es visuell erscheinen mag, so ist es doch schwierig zu berechnen. Selbst die Messung der realen Leistung in Watt für Wechselstromkreise erfordert spezielle Ausrüstung (ein Wattmeter), da die Spannungs- und Stromverläufe über einen genauen Zeitraum gemessen werden müssen, die Messungen simultan sein müssen und der Durchschnitt über die Messzeit berechnet werden muss. Ein Standard-Multimeter kann diese Art von Leistungsmessung nicht durchführen.
Wofür werden Watts verwendet?
Diese Bewertungen sind nützlich, wenn Sie die durch das verbrauchende Gerät erzeugte Wärme loswerden wollen oder wissen möchten, wie viel Sie Ihrem Versorgungsunternehmen für die Nutzung Ihres Geräts zahlen, da Sie für Kilowattstunden bezahlen (über einen bestimmten Zeitraum verbrauchte Leistung). Um die reale Leistung mehrerer Gleichstrom- oder Wechselstromgeräte zu kombinieren, können Sie einfach die einzelnen Leistungsbewertungen in Watt jedes Geräts addieren, um die Gesamtleistung zu erhalten (Watt addieren sich linear).
Was sind Volt-Ampere?
Die scheinbare Leistung in VA wird verwendet, um Leistungsbewertungen zu vereinfachen, was es einfacher macht, den Stromverbrauch zu berechnen. Da VA = RMS-Spannung x RMS-Strom, können Sie die VA-Bewertung durch Ihre RMS-Spannung teilen, um den RMS-Strom zu erhalten, den das Gerät ziehen wird. Die Kenntnis des RMS-Stroms hilft Ihnen dabei, die Größe der Drähte, Schutzschalter oder Sicherungen richtig zu dimensionieren, die Ihrem Gerät Strom liefern.
Wie werden Volt-Ampere berechnet?
Die scheinbare Leistung für Gleichstromkreise ist einfach die Spannung (Vdc) mal den Strom (Idc):
VA = Vdc x Idc (3)
Die scheinbare Leistung für Gleichstromkreise ist gleich der realen Leistung für Gleichstromkreise (für Gleichstrom gilt VA = W).
Für Wechselstromkreise sind VA das Produkt aus der RMS-Spannung (VRMS) mal dem RMS-Strom (IRMS):
VA = VRMS x IRMS (4)
Sie können die scheinbare Leistung in Volt-Ampere für Wechselstromkreise berechnen, indem Sie die gemessene RMS-Spannung mit der gemessenen RMS-Stromstärke multiplizieren. Ein Standard-Multimeter kann in der Regel beide RMS-Messungen durchführen.
Wofür werden Volt-Ampere verwendet?
Volt-Ampere geben Aufschluss über die Menge an Strom, die von einem Produkt oder Schaltkreis gezogen wird, sofern Sie die Spannung kennen. Zum Beispiel beträgt die Standardhaushaltsspannung in den Vereinigten Staaten 120 VRMS. Wenn ein Produkt mit 300 VA bewertet wird (die Bewertung gibt an, dass dies der maximale VA-Wert ist, den das Produkt ziehen wird) und aus einer Wechselstromspannung von 120 VRMS gespeist wird, können Sie den erwarteten maximalen Strom mit 300 VA/120 VRMS = 2,5 ARMS berechnen (siehe die Abbildung). Daher sollten Sie sicherstellen, dass die Drähte und die zugehörige Schaltung, die diesem Produkt Strom liefern, mindestens 2,5 ARMS aufnehmen können.
Um die scheinbare Leistung mehrerer Gleichstromgeräte zu kombinieren, addieren sich Volt-Ampere linear. Um die scheinbare Leistung (oder den Strom) mehrerer Wechselstromgeräte zu kombinieren, gibt es keine einfache Möglichkeit, um einen genauen Gesamtwert zu erhalten, da die Ströme für jedes Gerät nicht unbedingt in Phase miteinander sind und sich daher nicht linear addieren. Aber wenn Sie die einzelnen VA-Bewertungen (oder Ströme) einfach addieren, ist die Summe eine konservative Schätzung, da die tatsächliche Summe immer kleiner oder gleich diesem Wert ist.
Ein weiterer Begriff, der in dieser Diskussion nützlich ist, ist der Leistungsfaktor (PF). Der Leistungsfaktor wird definiert als das Verhältnis von W zu VA:
Leistungsfaktor = PF = W/VA (5)
Der Leistungsfaktor ist immer eine Zahl zwischen null und eins, da die Watt, die von einem Gerät gezogen werden, immer kleiner oder gleich den Volt-Ampere sind. Beachten Sie, dass es möglich ist, dass ein Schaltkreis eine hohe Spannung aufweist und einen erheblichen Strom zieht, aber keine Energie verbraucht (keine Watt dissipiert).
Obwohl dies kontraintuitiv erscheint, ist es wahr, wenn der Schaltkreis rein reaktiv ist (ein reiner Kondensator oder eine reine Induktivität). Der Schaltkreis leistet keine Arbeit und erzeugt keine Wärme, daher zieht er (und dissipiert) null Watt. Dennoch kann er erheblichen Strom ziehen, was zu erheblichen VA führt.
In diesem Fall beträgt der Leistungsfaktor null. Dies ist möglich, weil das Phasenverhältnis zwischen den Spannungs- und Stromwellenformen so ist, dass der Schaltkreis abwechselnd reale Leistung aufnimmt und diese reale Leistung abgibt, sodass der Nettowirkungsgrad null ist.
Zusammenfassung
Watt und VA sind beide Maßeinheiten für Leistung, aber hier endet die Ähnlichkeit. Watt verrichten Arbeit oder erzeugen Wärme, während Volt-Ampere Ihnen einfach Informationen liefern, die Sie benötigen, um Drähte, Sicherungen oder Leistungsschalter zu dimensionieren. Watts addieren sich linear, während Volt-Ampere dies nicht tun. Und um Watt zu messen, benötigen Sie ein spezielles Wattmeter. Sie können VA berechnen, indem Sie ein Standard-Multimeter verwenden, um VRMS und IRMS zu messen und das Produkt zu finden.
