Blindleistung

Im Bereich der Ingenieurwissenschaften spielt die Blindleistung eine zentrale Rolle, insbesondere in der Elektrotechnik. Allerdings führt gerade dieses Konzept oft zu Verwirrung, da es sich deutlich von der Wirk- und Scheinleistung unterscheidet. Der folgende Artikel dient dazu, ein tiefergehendes Verständnis der Blindleistung zu erzeugen, indem er deren Definition und Bedeutung darlegt, ihre Berechnung und Formel erklärt, die maßgebliche Einheit beschreibt und schließlich ihre Anwendung in Wechselrichtern beleuchtet.

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Blindleistung

Im Bereich der Ingenieurwissenschaften spielt die Blindleistung eine zentrale Rolle, insbesondere in der Elektrotechnik. Allerdings führt gerade dieses Konzept oft zu Verwirrung, da es sich deutlich von der Wirk- und Scheinleistung unterscheidet. Der folgende Artikel dient dazu, ein tiefergehendes Verständnis der Blindleistung zu erzeugen, indem er deren Definition und Bedeutung darlegt, ihre Berechnung und Formel erklärt, die maßgebliche Einheit beschreibt und schließlich ihre Anwendung in Wechselrichtern beleuchtet.

Definition und Bedeutung von Blindleistung in der Elektrotechnik

In der Elektrotechnik begegnet dir oft der Begriff Blindleistung. Aber was genau ist diese Blindleistung und welche Rolle spielt sie in der Ingenieurwissenschaft? Da du gerade dabei bist, dieses spannende Thema zu erforschen, lasse uns diese Fragen in den kommenden Abschnitten untersuchen.

Was ist Blindleistung? Eine Einfache Erklärung

Blindleistung, oft mit dem Symbol \(Q\) gekennzeichnet, bezeichnet eine spezielle Form der elektrischen Leistung in Wechselstromsystemen. Sie entsteht, wenn die Strom- und Spannungswellen nicht perfekt synchron sind, was oft in Systemen mit induktiven oder kapazitiven Lasten der Fall ist.

Im Gegensatz zur Wirkleistung, die für die tatsächliche Energieumwandlung in einer Last sorgt, wird die Blindleistung nicht in nützliche Arbeit umgewandelt. Sie "pendelt" lediglich zwischen der Quelle und der Last hin und her, daher wird sie auch als "reaktive" Leistung bezeichnet.

Stelle dir vor, du ziehst einen schweren Karren mit Rädern. Die effektive Kraft, die du zum Bewegen des Karrens nach vorne benötigst, repräsentiert die Wirkleistung. Wenn der Karren jedoch wackelt und du zusätzliche Kraft aufwenden musst, um ihn zu stabilisieren, repräsentiert diese zusätzliche Kraft die Blindleistung. Sie wird nicht genutzt, um den Karren zu bewegen, sondern sie wird aufgewendet, um den Betrieb aufrechtzuerhalten.

Blindleistung kann positiv oder negativ sein, abhängig davon, ob die Last induktiv oder kapazitiv ist. Induktive Lasten (wie Motoren) erzeugen positive Blindleistung, während kapazitive Lasten (wie Kondensatoren) negative Blindleistung erzeugen.

Blindleistung im Kontext der Ingenieurwissenschaften

In der Praxis ist die Blindleistung von großer Bedeutung für das Funktionieren von Elektrizitätsnetzen. Auch wenn sie für den Endverbraucher keinen direkten Nutzen hat, ist die richtige Steuerung der Blindleistung entscheidend für die Stabilität und Effizienz des gesamten Systems.
  • Erhöhte Blindleistung führt zu höheren Strömen in den Übertragungsleitungen, was wiederum zu höheren Leitungsverlusten führt.
  • Die richtige Kontrolle der Blindleistung kann helfen, die Spannungshaltung in einem Netzwerk zu verbessern.
  • Inadequates Management der Blindleistung kann zur Instabilität des Systems führen und sogar zu Stromausfällen.
Es gibt auch Geräte, die speziell entwickelt wurden, um Blindleistung zu kompensieren und so die Gesamteffizienz des Systems zu verbessern. Ein bekanntes Beispiel ist der sogenannte Blindleistungskompensator. Ein effektives Management der Blindleistung ist daher eine wesentliche Aufgabe für Elektroingenieure. Sie entwickeln Strategien und Geräte zur Reduzierung der Blindleistung und zur Verbesserung der Stabilität und Effizienz von Elektrizitätsnetzen.

Mehr über Blindleistung und ihre Rolle in der Energietechnik kannst du in Fachbüchern wie "Elektrische Energiesysteme: Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie" oder "Power System Analysis and Design" erfahren. Diese Bücher liefern detaillierte Informationen und Beispiele, die helfen, das Verständnis dieses komplexen Themas zu vertiefen.

Berechnung und Formel der Blindleistung

Die Berechnung der Blindleistung ist ein wesentliches Thema in der Elektrotechnik und den Ingenieurwissenschaften. In den nachfolgenden Abschnitten betrachten wir, wie man die Blindleistung berechnet und welche Formel dabei zum Einsatz kommt.

Blindleistung berechnen: So geht's

Die Blindleistung berechnen zu können ist eine grundlegende Fähigkeit für Ingenieurstudenten und Elektrofachleute. Wie zuvor erwähnt, lässt sich Blindleistung als Produkt aus dem Effektivwert der Spannung, dem Effektivwert des Stroms und dem Sinus des Phasenwinkels zwischen Strom und Spannung ermitteln.

Blindleistung \(Q\) (in VAR - Voltaire Amperes Reaktiv) berechnet sich nach der Formel: \(Q = U \cdot I \cdot \sin \varphi\), wobei \(U\) der Effektivwert der Spannung (in Volt), \(I\) der Effektivwert des Stroms (in Ampere) und \( \varphi \) der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung ist.

Du wirst feststellen, dass sich die Blindleistung als das Produkt aus der Scheinleistung und dem Sinus des Phasenwinkels berechnen lässt. Deshalb kann sie auch als der senkrechte, "rein imaginäre" Teil der Scheinleistung in der komplexen Leistungsebene betrachtet werden.

Angenommen, du hast eine Wechselspannung von 230V und einen Wechselstrom von 10A mit einem Phasenwinkel von 30 Grad. Mit der oben genannten Formel für die Blindleistung ergibt sich: \(Q = 230V \cdot 10A \cdot \sin(30°) = 1150 VAR\). Das bedeutet, dass in diesem System eine Blindleistung von 1150 VAR erzeugt wird.

Die Formel zur Berechnung der Blindleistung

Die Formel zur Berechnung der Blindleistung wird in spezieller Weise dargestellt, um ihre Bedeutung und ihren Zusammenhang mit anderen Größen der Elektrotechnik klar darzustellen. Die grundlegende Form der Blindleistungsformel lautet: \[ Q = U \cdot I \cdot \sin \varphi\] Hierbei steht \(Q\) für die Blindleistung, \(U\) für den Effektivwert der Spannung, \(I\) für den Effektivwert des Stroms und \( \varphi \) für den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung. Diese Formel zeigt bereits die Grundlage zur Berechnung der Blindleistung. Wenn allerdings die Wirkleistung \(P\) und die Scheinleistung \(S\) bekannt sind, kann die Blindleistung auch durch die Beziehung \[ Q = \sqrt{S^{2} - P^{2}} \] bestimmt werden. In diesem Fall stellt \(S\) die Scheinleistung und \(P\) die Wirkleistung dar.

In fortgeschrittenen Elektrotechnikkursen wirst du feststellen, dass die Blindleistung auch relevant ist, wenn es um komplexe Leistungsbetrachtungen geht. Hier wird die Blindleistung im Q-Achsendiagramm gegen die Wirkleistung aufgetragen, was eine graphische Darstellung des Phasenverschiebungswinkels ermöglicht. Die Sinusbeziehung in der Blindleistungsformel wird dadurch noch stärker betont.

In der Theorie und Praxis der Elektrotechnik und Ingenieurwissenschaften spielt das Verständnis und die korrekte Berechnung der Blindleistung somit eine wesentliche Rolle. Denn um den Betrieb von elektrischen Netzen zu optimieren, ist es unerlässlich, den Wert der Blindleistung exakt bestimmen zu können.

Blindleistung und ihre Einheit

Es ist unerlässlich, die Einheit der Blindleistung und deren Bedeutung zu verstehen, um einen besseren Überblick über das Thema Blindleistung zu erlangen und sich in der Welt der Elektrotechnik und Ingenieurwissenschaften zurechtzufinden.

Die Einheit der Blindleistung und ihre Bedeutung

Die Einheit der Blindleistung ist das Var, abgekürzt für Voltaire Ampere Reaktiv. Diese Einheit ist nach dem französischen Physiker und Mathematiker André-Marie Ampère sowie nach dem italienischen Physiker und Elektroingenieur Giovanni Giorgi benannt. Die Var-Einheit wird hauptsächlich in der Elektrotechnik verwendet, um die Blindleistung in Wechselstromsystemen zu messen, insbesondere in Situationen, in denen der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung von Null abweicht.

Das Voltaire Ampere Reaktiv (Var) ist ein Maß für die Blindleistung, die in einem elektrischen Wechselstromsystem weder genutzt noch umgesetzt wird. Dieses Phänomen tritt häufig bei Anwendungen mit induktiven oder kapazitiven Lasten auf, bei denen eine zeitliche Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung besteht.

Es ist wichtig zu beachten, dass das Var keine Einheit für "genutzte" Energie ist. Stattdessen zeigt es die Menge an Energie an, die im Wechselstromsystem zwischen Quelle und Last hin- und herwechselt, ohne in nützliche Arbeit umgewandelt zu werden. Darüber hinaus ist die Einheit Var ein Indikator für die Menge an Blindleistung, die in induktiven oder kapazitiven Lasten "gespeichert" wird. Dies liegt daran, dass solche Lasten in der Lage sind, Energie in magnetischen oder elektrischen Feldern zu speichern und dann bei Bedarf wieder abzugeben. Beispielsweise kann eine Induktivität (wie eine Spule in einem Elektromotor) Energie in einem magnetischen Feld speichern und dann wieder freisetzen. Gleichzeitig kann eine Kapazität (wie ein Kondensator in einem Schaltkreis) Energie in einem elektrischen Feld speichern und dann freisetzen.

Angenommen, du betreibst einen Elektromotor (eine induktive Last) an einem 230V-Wechselstromnetz mit einem Strom von 5A und einem Phasenwinkel von 60 Grad. Die resultierende Blindleistung beträgt dann \(Q_v = U \cdot I \cdot \sin \varphi = 230 V \cdot 5A \cdot \sin (60°) = 1150 VAR\). Das bedeutet, dass in diesem System eine Blindleistung von 1150 VAR 'gespeichert' wird.

Weiterführende Literatur, beispielsweise das Buch "Elektrische Energietechnik: Grundlagen, Energieversorgung, Antriebe und Leistungselektronik" von Robert Smolik und Uwe Franzke, enthält detaillierte Informationen zur Blindleistung und zur Einheit Var. Dieses umfassende Fachbuch bietet einen tiefen Einblick in die Theorie und Anwendung der elektrischen Energietechnik und kann als nützliche Lektüre für das weitere Studium der Thematik dienen.

Um ein Grundverständnis von elektrotechnischen Prozessen und Systemen zu erlangen, ist es daher entscheidend, sich mit der Einheit der Blindleistung und ihrer Bedeutung auseinanderzusetzen, und zu verstehen, wie und warum diese in verschiedenen Szenarien der Elektrotechnik und Energietechnik auftreten können.

Blindleistung und Anwendung in Wechselrichtern

In vielen Anwendungen der Elektrotechnik spielen sowohl Blindleistung als auch Wechselrichter eine wichtige Rolle. Wechselrichter sind Geräte, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, und sie sind in vielen elektronischen Geräten und Systemen, einschließlich Solarpanels, Computer-Stromversorgungen und Elektroautos vorzufinden.

Funktion von Blindleistung in Wechselrichtern

Blindleistung spielt eine wesentliche Rolle in Wechselrichtern, insbesondere in jenen, die in Energieversorgungsnetzen eingesetzt werden. Wechselrichter, die Blindleistung aktiv steuern können, sind in der Lage das Netz zu stabilisieren und Spannungen zu regulieren. Vor allem werden sie zur Erzeugung von Blindleistung verwendet um Netzschwankungen auszugleichen und die Stabilität des Netzes zur gewährleisten. Dabei werden sie oft als Teil von sogenannten "STATCOM" Systemen (Static Synchronous Compensator) genutzt. Ein STATCOM ist ein regelbarer Blindleistungskompensator, der auf der Technologie der spannungsgesteuerten Wechselrichter basiert. Seine Hauptaufgabenbestehen darin:
  • Regelung der Netzspannung an der Verbindungsstelle durch Veränderung der Blindleistung
  • Ausgleich von Lastschwankungen
  • Verbesserung der Spannungsstabilität und Dynamik des Energieversorgungsnetzes
Wechselrichter können dazu beitragen, durch aktive Blindleistungssteuerung das Netz optimal zu unterstützen.

Ein Wechselrichter mit Blindleistungsfähigkeit kann sowohl induktive als auch kapazitive Blindleistung bereitstellen. Bei induktiver Blindleistung fließt der Strom dem Spannungsverlauf nach, bei kapazitiver Blindleistung läuft der Strom dem Spannungsverlauf voraus. Die Fähigkeit, zwischen diesen beiden Arten von Blindleistung zu wechseln, ermöglicht es dem Wechselrichter, den Energiefluss fein abzustimmen und die Netzstabilität zu verbessern.

Mit Hilfe von Wechselrichtern mit Blindleistungssteuerung kann die Energie aus erneuerbaren Energiequellen, wie z.B. Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen, effizienter in das Stromnetz eingespeist werden. Durch die aktive Blindleistungssteuerung wird nicht nur die Auslastung der Netzkomponenten verbessert, sondern auch die Spannungsstabilität in den Netzen verbessert. Beispielsweise kann ein Wechselrichter in einer Solaranlage, der die Blindleistung aktiv steuert, Schwankungen ausgleichen, die durch Wolken verursacht werden, die vor der Sonne vorbeiziehen.

Insgesamt zeigt sich, dass die Blindleistung und deren Einsatz in Wechselrichtern eine wichtige Rolle sowohl in der Elektrotechnik als auch in der Energietechnik spielt. Durch die Kenntnis und das Verständnis der Funktion und Anwendung der Blindleistung in Wechselrichtern kannst du ein tieferes Verständnis für die verschiedenen Anwendungen in diesen Bereichen erlangen. Die Kenntnis dieses Wissens kann für deine weitere Lernreise in den Ingenieurwissenschaften äußerst wertvoll sein.

Vertiefendes Verständnis zur Blindleistung

Blindleistung ist ein zentraler Bestandteil von Wechselstromnetzwerken und spielt eine elementare Rolle in der Elektrotechnik und dem Ingenieurwesen. Sie ist eine Form der elektrischen Leistung, die in einem Wechselstromsystem weder genutzt noch umgesetzt wird, aber dennoch eine wichtige Rolle für die Funktion und Stabilität des Netzwerks spielt.

Warum ist Blindleistung wichtig in der Elektrotechnik?

In der Elektrotechnik ist Blindleistung für viele Aspekte der Netzwerkregelung und -stabilität von entscheidender Bedeutung. Zu den wichtigsten Gründen, warum Blindleistung wichtig ist, gehören:
  • Regelung der Netzspannung: Blindleistung kann zur Stabilisierung der Netzspannung genutzt werden. Wenn zusätzliche Blindleistung in das Netz eingespeist wird, lässt sich der Spannungsverlauf beeinflussen. Dies ist oft notwendig, um Spannungsschwankungen, die durch plötzliche Laständerungen entstehen, auszugleichen.
  • Unterstützung der Leistungstransmission: Blindleistung kann auch dazu genutzt werden, die Übertragungsfähigkeit von Hochspannungsleitungen zu erhöhen. Durch die Erhöhung der Blindleistung verringert sich die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, wodurch mehr Wirkleistung über die Leitung übertragen werden kann.
  • Dynamische Netzstabilität: Die Fähigkeit, schnell Blindleistung bereitstellen oder aufnehmen zu können, ist für die dynamische Stabilität in einem Netzwerk von entscheidender Bedeutung, insbesondere nach Störungen oder bei sprunghaften Änderungen des Lastflusses.

Viele der modernen Herausforderungen in Energienetzen, insbesondere im Kontext der Energiewende und der Integration von erneuerbaren Energien, hängen mit der Regelung und dem Management von Blindleistung zusammen. Mit dem Anstieg von dezentralen, volatilen Erzeugungsanlagen wie Photovoltaik und Windkraft, die ihre Leistung je nach Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke ändern, steigt die Bedeutung einer effizienten Blindleistungsregelung weiter an.

Besonderheiten der Blindleistung im Ingenieurwesen

Auch im Ingenieurwesen spielt die Blindleistung eine entscheidende Rolle. In vielen verschiedenen Bereichen – von der Stromerzeugung über die -übertragung bis hin zur -verteilung – wird Blindleistung benötigt und genutzt. Dabei müssen Ingenieure stets auf die jeweilige Situation und Anforderung reagieren und entsprechende Maßnahmen ergreifen. Es sind einige Eigenschaften und Besonderheiten, die die Blindleistung auszeichnen und sie zu einer Herausforderung in der technischen Praxis machen:
  • Blindleistung ist nicht messbar: Im Gegensatz zur Wirkleistung, die sich durch einfache Messgeräte bestimmen lässt, ist Blindleistung nicht direkt messbar. Sie muss berechnet werden, beispielsweise durch die Beziehung \(Q = U \cdot I \cdot \sin \varphi\), wobei \(U\) und \(I\) die Effektivwerte der Spannung bzw. des Stromes sind und \( \varphi \) der Phasenwinkel.
  • Blindleistung kann nicht übertragen werden: Während Wirkleistung über große Distanzen transportiert werden kann, lässt sich Blindleistung nur lokal erzeugen und verbrauchen. Dies liegt in ihren physikalischen Eigenschaften begründet – je weiter die Entfernung, desto größer die Verluste.
  • Blindleistung sorgt für zusätzliche Netzverluste: Eine hohe Blindleistung bedeutet einen hohen Blindstrom, was wiederum zu erhöhten Leitungsverlusten führt. Daher strebt man in der Netzplanung danach, die Blindleistung zu minimieren und die Leistungsfaktorkorrektur einzusetzen.

Die Leistungsfaktorkorrektur ist ein Verfahren, bei dem durch gezielte Erzeugung und Absorption von Blindleistung der Leistungsfaktor eines Netzes verbessert wird, um die Netzverluste zu reduzieren und die Stromübertragungskapazität zu erhöhen. Dies kann durch verschiedene Techniken erfolgen, beispielsweise durch den Einsatz von Kapazitäten und Induktivitäten oder durch verbrauchernahe Blindleistungskompensation.

Blindleistung ist ein komplexes Thema, das tiefgreifendes Verständnis erfordert. Ihre speziellen Eigenschaften und die damit einhergehenden Herausforderungen in der technischen Praxis machen sie zu einem wichtigen und spannenden Gebiet in der Elektrotechnik und im Ingenieurwesen. Dabei ermöglicht dir ein tieferes Verständnis der Blindleistung, besser auf die Anforderungen in der technischen Praxis zu reagieren und gezielte Lösungen für die Herausforderungen in der Energieversorgung zu entwickeln.

Blindleistung - Das Wichtigste

  • Blindleistung berechnet sich nach der Formel: \(Q = U \cdot I \cdot \sin \varphi\)
  • Die Einheit der Blindleistung ist das Var, abgekürzt für Voltaire Ampere Reaktiv
  • Blindleistung kann in Wechselrichtern genutzt werden, um Netzschwankungen auszugleichen und die Stabilität des Netzes zur gewährleisten
  • Blindleistung kann zur Stabilisierung der Netzspannung genutzt werden
  • Blindleistung ist nicht direkt messbar, sondern muss berechnet werden
  • Leistungsfaktorkorrektur ist ein Verfahren, um Netzverluste zure reduzieren und die Stromübertragungskapazität zu erhöhen

Häufig gestellte Fragen zum Thema Blindleistung

Blindleistung ist eine Komponente des elektrischen Leistungsflusses, die keine Arbeit verrichtet, sondern lediglich in reaktiven Bauteilen wie Spulen und Kondensatoren hin und her schwingt. Sie wirkt sich auf die Netzbelastung und -stabilität aus, ohne zur Nutzleistung beizutragen.

Blindleistung entsteht in elektrischen Systemen durch Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, die unter anderem durch reaktive Komponenten wie Induktivitäten und Kapazitäten verursacht wird. Sie ist der Teil der elektrischen Leistung, der keine nützliche Arbeit verrichtet und stattdessen in den Systemkomponenten hin und her schwingt.

Blindleistung ist diejenige Leistung in einem Wechselstromkreis, die keine Arbeit verrichtet, sondern nur aufgrund von Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung auftritt. Sie belastet das Stromnetz, führt aber nicht zu einer nutzbaren Energieumwandlung.

Blindleistung eines Wechselrichters bezeichnet die Energie, die vom Wechselrichter in das Netz ein- und ausgespeist wird, ohne tatsächlich genutzt zu werden. Sie ist auf Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung zurückzuführen und wird in der Einheit Var (Voltampere reaktiv) gemessen.

Die Blindleistung ist ein Begriff aus der Elektrotechnik und beschreibt die Leistung, die in Wechselstromkreisen zwar transportiert, aber nicht in Nutzleistung umgewandelt wird. Sie entsteht durch Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung und wird in Var (Voltampere reaktiv) gemessen.

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Was ist die Blindleistung in der Elektrotechnik?

Warum ist die Blindleistung wichtig in der Ingenieurwissenschaft?

Wie berechnet man die Blindleistung?

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Was ist die Blindleistung in der Elektrotechnik?

Blindleistung, oft mit dem Symbol Q gekennzeichnet, bezeichnet eine Form der elektrischen Leistung in Wechselstromsystemen, die entsteht, wenn die Strom- und Spannungswellen nicht perfekt synchron sind. Sie wird nicht in nützliche Arbeit umgewandelt, sondern "pendelt" lediglich zwischen der Quelle und der Last hin und her.

Warum ist die Blindleistung wichtig in der Ingenieurwissenschaft?

Die richtige Steuerung der Blindleistung ist entscheidend für die Stabilität und Effizienz von Elektrizitätsnetzen. Erhöhte Blindleistung führt zu höheren Strömen in den Übertragungsleitungen, was zu höheren Leitungsverlusten führt. Die richtige Kontrolle der Blindleistung kann helfen, die Spannungshaltung in einem Netzwerk zu verbessern.

Wie berechnet man die Blindleistung?

Die Blindleistung Q berechnet man als das Produkt aus dem Effektivwert der Spannung U, dem Effektivwert des Stroms I und dem Sinus des Phasenwinkels φ: Q = U * I * sin(φ).

Wie kann man die Blindleistung berechnen, wenn die Wirkleistung P und die Scheinleistung S bekannt sind?

Wenn die Wirkleistung P und die Scheinleistung S bekannt sind, berechnet man die Blindleistung Q durch die Beziehung: Q = √(S^2 - P^2).

Was ist die Einheit der Blindleistung und was zeigt sie an?

Die Einheit der Blindleistung ist das Var (Voltaire Ampere Reaktiv). Sie zeigt die Menge an Energie an, die im Wechselstromsystem zwischen Quelle und Last hin- und herwechselt, ohne in nützliche Arbeit umgewandelt zu werden. Var kann daher als Indikator dienen, für die Menge an Blindleistung, die in induktiven oder kapazitiven Lasten "gespeichert" wird.

Wie berechnet man die Blindleistung in einem Wechselstromsystem?

Die Blindleistung wird berechnet, indem die Spannung (Volt) mit dem Strom (Ampere) und dem Sinus des Phasenwinkels multipliziert wird. Das Ergebnis wird in Var angegeben. Beispiel: Wenn du einen Elektromotor mit 230V und 5A bei einem Phasenwinkel von 60 Grad betreibst, wäre die Blindleistung 1150 VAR.

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