Verhältnis der Wirkleistung P, die einer Last zugeführt wird, zur Scheinleistung S im Wechselstromsystem: PF = P/S. Im eindimensionalen sinusförmigen Dauerbetrieb linearer Elemente gilt PF = cos φ (φ = Phasenwinkel Spannung–Strom). Der Leistungsfaktor zeigt an, wie effizient die Scheinleistung in Wirkleistung umgesetzt wird und unterscheidet Phasenverschiebung und Verzerrung der Wellenform.

Prinzip

Bei gleicher Wirkleistungsanforderung reduziert ein höherer Leistungsfaktor den benötigten Strombetrag und damit die Scheinleistung S = V·I*, was Leiterquerschnitt, Transformatorbelastung und I2R‑Verluste verringert; ein niedriger PF erhöht dagegen den Strom und die Verluste.

Demonstration

Illustratives Beispiel → Situation: Elektromotor benötigt P = 100 kW mit induktivem PF = 0,7. → Erkenntnis: S = P/PF ≈ 143 kVA; Leitungsstrom wird für 143 kVA ausgelegt. → Maßnahme: Einbau von Kondensatoren zur Korrektur auf PF = 0,95. → Folge: S ≈ 105 kVA, verringerter Strom, geringere Verluste und ausreichende Transformatorleistung.

Fehlanwendung

PF mit Wirkungsgrad verwechseln: aus PF = 0,9 schließen, 10 % der Energie seien verschwendet. Der Fehler liegt im Vermischen des momentanen Verhältnisses von Wirkleistung zur Scheinleistung mit der energetischen Effizienz über Zeit; PF gibt keine Aussage über die tatsächlich genutzte Energie über eine Periode.

Konsequenz

Technische und wirtschaftliche Folgen: PF beeinflusst Dimensionierung von Leitungen und Transformatoren, Spannungsfall, thermische Verluste und gegebenenfalls Abrechnungsgrößen der Versorger. Korrekte Berücksichtigung kann Investitions‑ und Betriebskosten senken; Vernachlässigung der Oberschwingungen bei Korrektur kann jedoch weiterhin Erwärmungsschäden verursachen.

Umkehrung

Bei erheblichen Oberschwingungen oder nichtlinearen Lasten ist PF nicht mehr allein durch cos φ beschreibbar; aktive Kompensation oder Filter sind nötig. Außerdem kann unkoordinierte kapazitive Korrektur Netzresonanzen hervorrufen.

Abgrenzung

Eindeutig innerhalb: sinusförmiger, linearer Ein‑Frequenz‑Betrieb, PF = cos φ und passive Korrektur anwendbar. Randfall: mäßig verzerrte Wellenformen mit signifikanter Verzerrungskomponente des PF. Außerhalb: Gleichstromkreise oder verteilte elektromagnetische Felder, in denen der PF‑Begriff nicht anwendbar ist.

Semantische Spannung

Minimierung der Scheinleistung (und damit Dimensionierungskosten) versus Minimierung der Oberschwingungsbelastung: passive PF‑Korrektur reduziert Blindstrom, kann jedoch Oberschwingungen verschlechtern oder Resonanzen erzeugen, sodass beide Ziele abgewogen werden müssen.

Synthese

Der Leistungsfaktor fasst zusammen, wieviel der gelieferten Scheinleistung in Wirkleistung umgesetzt wird; er ist ein praktisches Maß für Dimensionierung und Verluste, das aber in Anwesenheit von Verzerrungen und Netzimpedanz qualifiziert werden muss.