Nennleistung - Power rating

In der Elektrotechnik und im Maschinenbau ist die Nennleistung von Geräten die höchste Leistungsaufnahme , die durch bestimmte Geräte fließen darf. Je nach Disziplin kann sich der Begriff "Leistung" auf elektrische oder mechanische Leistung beziehen. Eine Nennleistung kann auch eine durchschnittliche und maximale Leistung umfassen, die je nach Art der Ausrüstung und deren Anwendung variieren kann.

Leistungsgrenzwerte werden normalerweise von den Herstellern als Richtlinie festgelegt, um das Gerät zu schützen und das Design größerer Systeme zu vereinfachen, indem ein Betriebsniveau bereitgestellt wird, bei dem das Gerät nicht beschädigt wird, während ein bestimmter Sicherheitsspielraum berücksichtigt wird.

Gerätetypen

Dissipative Ausrüstung

In Geräten, die hauptsächlich elektrische Energie abführen oder in mechanische Energie umwandeln, wie z. B. Widerstände und Lautsprecher , ist die angegebene Nennleistung normalerweise die maximale Leistung, die von den Geräten sicher abgeführt werden kann. Der übliche Grund für diese Grenze ist die Wärme , obwohl sie bei bestimmten elektromechanischen Geräten, insbesondere bei Lautsprechern, mechanische Schäden verhindern soll. Wenn Wärme der begrenzende Faktor ist, kann die Nennleistung leicht berechnet werden. Zunächst muss die Wärmemenge berechnet werden, die vom Gerät sicher abgeführt werden kann. Dies wird auf die maximalen sicheren Betriebsbezogenen Temperatur , die Umgebungstemperatur oder einen Temperaturbereich , in dem das Gerät betrieben werden kann, und das Verfahren zum Kühlen . Wenn die maximale sichere Betriebstemperatur des Geräts, die Umgebungstemperatur und der gesamte Wärmewiderstand zwischen Gerät und Umgebungstemperatur ist, ist die maximale Wärmeableitung gegeben durch

Wenn die gesamte Leistung in einem Gerät als Wärme abgeführt wird, ist dies auch die Nennleistung.

Mechanische Ausrüstung

Geräte werden im Allgemeinen anhand der Leistung bewertet, die sie beispielsweise an der Welle eines Elektro- oder Hydraulikmotors abgeben. Die Leistungsaufnahme des Geräts ist aufgrund des Wirkungsgrads des Geräts von weniger als 100% höher. Der Wirkungsgrad eines Geräts wird häufig als Verhältnis der Ausgangsleistung zur Summe der Ausgangsleistung und der Verluste definiert. Bei einigen Gerätetypen ist es möglich, Verluste direkt zu messen oder zu berechnen. Dies ermöglicht eine genauere Berechnung des Wirkungsgrads als der Quotient aus Eingangsleistung und Ausgangsleistung, wobei eine relativ geringe Messunsicherheit den resultierenden berechneten Wirkungsgrad stark beeinflusst.

Stromumwandlungsausrüstung

Bei Geräten, die hauptsächlich zwischen verschiedenen Formen elektrischer Energie umwandeln , wie z. B. Transformatoren , oder von einem Ort zum anderen transportieren, wie z. B. Übertragungsleitungen , bezieht sich die Nennleistung fast immer auf den maximalen Leistungsfluss durch das Gerät, nicht auf die Verlustleistung innerhalb des Geräts. Der übliche Grund für die Grenze ist Wärme, und die maximale Wärmeableitung wird wie oben berechnet.

Die Nennleistungen werden normalerweise in Watt für Wirkleistung und Voltampere für Scheinleistung angegeben , obwohl für Geräte, die für die Verwendung in großen Stromversorgungssystemen vorgesehen sind, beide in einem System pro Einheit angegeben werden können . Kabel werden normalerweise anhand ihrer maximalen Spannung und Strombelastbarkeit bewertet . Da die Nennleistung von der Kühlmethode abhängt, können unterschiedliche Nennwerte für Luftkühlung, Wasserkühlung usw. angegeben werden.

Durchschnitt gegen Maximum

Für AC-betriebene Geräte (z. B. Koaxialkabel , Lautsprecher ) können sogar zwei Nennleistungen vorhanden sein, eine maximale (Spitzen-) Nennleistung und eine durchschnittliche Nennleistung. Bei solchen Geräten gibt die Spitzenleistung normalerweise die Niederfrequenz- oder Impulsenergie an, während die durchschnittliche Leistung den Hochfrequenzbetrieb begrenzt. Die durchschnittliche Leistung bei der Berechnung der Leistung hängt von einigen Annahmen ab, wie das Gerät verwendet werden soll. Beispielsweise verwendet die UVP- Bewertungsmethode für Lautsprecher ein geformtes Rauschsignal, das Musik simuliert und eine Spitzenauslenkung von 6 dB ermöglicht, sodass eine UVP-Bewertung von 50 Watt einer Spitzenbewertung von 200 Watt entspricht.

Maximale kontinuierliche Bewertung

Die maximale Dauerleistung ( MCR ) ist definiert als die maximale Leistung (MW), die ein Elektrizitätswerk unter normalen Bedingungen über ein Jahr kontinuierlich erzeugen kann. Unter idealen Bedingungen kann die tatsächliche Leistung höher sein als die MCR.

Innerhalb der Schifffahrt arbeiten Schiffe normalerweise mit der nominalen kontinuierlichen Bewertung ( NCR ), die 85% der 90% der MCR beträgt. Die 90% MCR ist normalerweise die vertragliche Leistung, für die der Propeller ausgelegt ist. Somit liegt die übliche Leistung, mit der Schiffe betrieben werden, bei 75% bis 77% der MCR.

Andere Definitionen

In einigen Bereichen der Technik wird sogar ein komplexerer Satz von Nennleistungen verwendet. Beispielsweise sind Hubschraubertriebwerke für Dauerleistung (ohne Zeitbeschränkung), Start- und Schwebeleistung (definiert als Betrieb von einer halben bis einer Stunde), maximale Notfallleistung (die zwei bis drei Minuten lang aufrechterhalten werden kann) ausgelegt. und Nennleistung (eine halbe Minute).

Bei Elektromotoren wird eine ähnliche Art von Information durch den Servicefaktor vermittelt , der ein Multiplikator ist, der bei Anwendung auf die Nennausgangsleistung das Leistungsniveau angibt, das ein Motor für kürzere Zeiträume aufrechterhalten kann. Der Servicefaktor liegt typischerweise im Bereich von 1,15 bis 1,4, wobei der Wert für Motoren mit höherer Leistung niedriger ist. Für jede Betriebsstunde bei der an den Betriebsfaktor angepassten Nennleistung verliert ein Motor zwei bis drei Stunden Lebensdauer bei Nennleistung, dh seine Lebensdauer wird für den weiteren Betrieb auf dieser Ebene auf weniger als die Hälfte reduziert. Der Servicefaktor ist im ANSI / NEMA MG 1- Standard definiert und wird im Allgemeinen in den USA verwendet. Es gibt keinen IEC- Standard für den Servicefaktor.

Wenn die Nennleistung eines Geräts um mehr als den vom Hersteller festgelegten Sicherheitsspielraum überschritten wird, wird das Gerät normalerweise beschädigt, indem die Betriebstemperatur die sicheren Werte überschreitet. In Halbleitern können sehr schnell irreparable Schäden auftreten. Das Überschreiten der Nennleistung der meisten Geräte für einen sehr kurzen Zeitraum ist nicht schädlich, obwohl dies regelmäßig zu kumulativen Schäden führen kann.

Die Nennleistungen für elektrische Geräte und Übertragungsleitungen hängen von der Dauer der vorgeschlagenen Last und der Umgebungstemperatur ab. Beispielsweise kann eine Übertragungsleitung oder ein Transformator bei kaltem Wetter erheblich mehr Last tragen als bei heißem Wetter. Momentane Überlastungen, die hohe Temperaturen und eine Verschlechterung der Isolierung verursachen, können in Notsituationen als akzeptabler Kompromiss angesehen werden. Die Nennleistung von Schaltgeräten hängt sowohl von der Schaltungsspannung als auch vom Strom ab. In bestimmten Luft- und Raumfahrt- oder militärischen Anwendungen kann ein Gerät eine viel höhere Bewertung aufweisen, als dies bei Geräten der Fall wäre, die für eine lange Lebensdauer ausgelegt sind.

Beispiele

Audioverstärker

Die Nennleistungen des Audioverstärkers werden in der Regel festgelegt, indem das zu testende Gerät bis zum Einsetzen des Clippings auf einen vorgegebenen Verzerrungspegel gebracht wird, der pro Hersteller oder Produktlinie variabel ist. Wenn Sie einen Verstärker auf 1% Verzerrungspegel bringen, erhalten Sie eine höhere Bewertung als wenn Sie ihn auf 0,01% Verzerrungspegel bringen. In ähnlicher Weise ergibt das Testen eines Verstärkers bei einer einzelnen Mittenfrequenz oder nur das Testen eines Kanals eines Zweikanalverstärkers eine höhere Bewertung als wenn er über seinen beabsichtigten Frequenzbereich getestet wird, wobei beide Kanäle arbeiten. Hersteller können diese Methoden verwenden, um Verstärker zu vermarkten, deren veröffentlichte maximale Ausgangsleistung ein gewisses Maß an Übersteuerung enthält, um höhere Zahlen anzuzeigen.

Zum Beispiel hat die Federal Trade Commission (FTC) ein Verstärkerbewertungssystem eingerichtet, bei dem das Gerät mit beiden Kanälen getestet wird, die über den angegebenen Frequenzbereich und nicht mehr als den veröffentlichten Verzerrungspegel angesteuert werden. Das Bewertungssystem der Electronic Industries Association (EIA) bestimmt jedoch die Verstärkerleistung durch Messen eines einzelnen Kanals bei 1.000 Hz mit einem Verzerrungsgrad von 1% - 1% Übersteuerung. Bei Verwendung der EIA-Methode wird ein Verstärker 10 bis 20% höher bewertet als bei der FTC-Methode.

Photovoltaikmodule

Die Nennleistung eines Photovoltaikmoduls wird durch Messen von Strom und Spannung unter Variation des Widerstands bei definierter Beleuchtung bestimmt. Die Bedingungen sind in Normen wie IEC 61215, IEC 61646 und UL 1703 festgelegt; Insbesondere beträgt die Lichtintensität 1000 W / m 2 , wobei das Spektrum dem Sonnenlicht ähnelt, das im Sommer bei 35 ° N ( Luftmasse  1,5) auf die Erdoberfläche trifft, und bei 25 ° C die Temperatur der Zellen. Die Leistung wird gemessen, während die ohmsche Last des Moduls zwischen offenem und geschlossenem Stromkreis variiert wird.

Die gemessene maximale Leistung ist die Nennleistung des Moduls in Watt. Umgangssprachlich wird dies auch als "W p " geschrieben; Dieses Format ist umgangssprachlich, da es außerhalb des Standards liegt, indem standardisierten Einheiten Suffixe hinzugefügt werden . Die Nennleistung geteilt durch die Lichtleistung, die auf das Modul fällt (Fläche x 1000 W / m 2 ), ist der Wirkungsgrad .

Siehe auch

Verweise