Watt, Volt oder Ampere: Was bedeuten die Größen der Elektrotechnik und wie lassen sie sich berechnen? Deutsche-Thermo informiert über die wichtigsten Grundlagen und hilft mit einem einfach nutzbaren Watt-Rechner, die Werte ohne Formeln zu ermitteln. Nützlich ist das unter anderem, wenn Sie die Spannung, die Stromstärke oder die Leistung berechnen wollen. Aber auch beim Prüfen der Belastbarkeit von Netzen und beim Auslegen von Stromerzeugern oder Stromspeichern hilft unser Watt-Rechner.
Die Themen im Überblick
Grundlagen für den Watt-Rechner: Die wichtigsten Größen erklärt
In der Elektrotechnik sind verschiedene Einheiten gebräuchlich, um Systeme zu beschreiben, Prozesse zu berechnen oder Anlagen zu dimensionieren. Geht es zum Beispiel um den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers an ein bestehendes Netz, sollte Letzteres der Stromstärke standhalten. Andernfalls können Sicherungen reagieren und die Versorgung unterbrechen. Erforderliche Kennwerte sind dabei die Einheiten Watt, Volt und Ampere. Die folgende Übersicht erklärt, was diese im Einzelnen bedeuten.
Volt beschreibt die elektrische Spannung in technischen Anlage
Volt ist die Einheit für die elektrische Spannung. Sie wurde nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta benannt und hängt davon ab, welche Energiemenge (Joule) eine elektrische Ladung (Coulomb) transportiert. Bei einer Spannung von einem Volt wird je Coulomb ein Joule mitgeführt. Was sich in der Theorie kompliziert anhört, lässt sich in der Praxis verständlich erklären. Denn bildlich dargestellt ist mit der Volt-Zahl der „Druck“ gemeint, mit dem Strom durch einen Leiter fließt.
Abhängig von der zu übertragenden Strommenge haben sich dabei verschiedene Spannungsebenen etabliert. So setzen Netzbetreiber bei Überlandleitungen in der Regel auf Hochspannung. Da diese im Haushalt mit hohen Gefahren verbunden wäre, ist hier die Verteilung mit Niederspannung üblich.
Watt steht für den Energieumsatz in einer bestimmten Zeiteinheit
Unser Watt-Rechner ermöglicht es, die wichtigsten Einheiten der Elektrotechnik zu bestimmen. Das „Watt“, benannt nach James Watt, beschreibt dabei die elektrische Leistung, also zum Beispiel, wie viel Energie (Joule) ein Gerät in einer bestimmten Zeiteinheit verbraucht. Ein Watt entspricht dabei genau einem Joule pro Sekunde. Wichtig ist das zum Beispiel bei der Auslegung mobiler Stromerzeuger. Insgesamt lässt sich die Menge an verbrauchtem Strom in Wattstunden oder Kilowattstunden beschreiben. Dabei handelt es sich um das Produkt aus Leistung und Zeit.
Wichtig zu wissen: Während Experten die Leistung bei Gleichstrom in der Regel mit Watt angeben, verwenden sie bei Wechselstrom oft Volt-Ampere. Damit geben Sie die Scheinleistung an, die häufig etwas höher als die tatsächlich nutzbare Wirkleistung ist. Die Differenz ist die Blindleistung, deren Höhe vom Leistungsfaktor Cosinus Phi (cosφ) abhängt.
Ampere verrät die durch einen Stromleiter fließende Energiemenge
Ampere ist die Einheit der Stromstärke. Sie wurde nach dem französischen Physiker André-Marie Ampere benannt und gibt an, wie viel Strom durch einen Leiter fließt. Wichtig zu wissen ist, dass alle hier aufgeführten Größen miteinander verbunden sind. So steigt die Leistung, wenn die Stromstärke bei einer bestimmten Spannung höher ist.
Mit unserem Watt-Rechner können Sie die Größe ermitteln, um den Kabelquerschnitt zu berechnen oder die Belastbarkeit eines elektrischen Netzes zu prüfen. Denn Letzteres ist immer mit einer bestimmten Ampere-Zahl abgesichert. Steigt die Stromstärke weiter an, könnten die verwendeten Kabel überhitzen und in Flammen aufgehen. Um das zu verhindern, springt die Sicherung bei einer bestimmten Stromstärke ein.
Watt-Rechner: Watt, Volt und Ampere ohne Gleichung berechnen
Mit unserem Watt-Rechner ermitteln Sie die wichtigen Größen der Elektrotechnik schnell, auch ohne Kenntnisse in der Elektrotechnik. Geben Sie dazu einfach die bekannten Werte in das Formular ein und lassen sich das richtige Ergebnis anzeigen.
Wichtig zu wissen ist, dass nicht jeder Watt-Rechner für Dreiphasen-Wechselstrom (sogenannten Drehstrom oder Starkstrom) anwendbar ist, da dabei einige Besonderheiten zu beachten sind.
Stromstärke, Spannung und Leistung berechnen: So funktioniert es
Mit unserem Watt-Rechner ist es möglich, die oben vorgestellten Größen Watt, Ampere oder Volt zu berechnen. Grundlage ist dabei die Abhängigkeit der drei Werte voneinander. Denn die Leistung ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke.
- Volt-Ampere oder Volt bzw. Leistung berechnen: P = U x I (Leistung = Spannung x Stromstärke) [in Watt oder Volt-Ampere]
Dabei stehen die Formelzeichen für:
- P … Leistung in Watt (W) oder Volt-Ampere (VA)
- U … Spannung in Volt (V)
- I … Stromstärke in Ampere (A)
Möchten Sie die elektrische Leistung (Scheinleistung) berechnen, benötigen Sie demnach Informationen über die Spannung und die Stromstärke. Geht es darum, die Spannung zu berechnen, stellen Sie die Gleichung nach „U“ um.
- Volt bzw. Spannung berechnen: U = P / I (Spannung = Leistung / Stromstärke) [in Volt]
Erforderlich sind damit die Größen Leistung und Stromstärke. Möchten Sie Stromstärke berechnen, sind Angaben zur Leistung und zur Spannung wichtig. Denn dann dazu stellen Sie die Ausgangsgleichung nach „I“ um. Das ergibt die Gleichung:
- Ampere bzw. Stromstärke berechnen: I = P / U (Stromstärke = Leistung / Spannung) [in Ampere]
Die Übersicht zeigt, dass sich Watt, Volt und Ampere einfach berechnen oder umrechnen lassen, sofern mindestens zwei der Werte bekannt sind. Finden können Sie diese in der Regel auf dem Typenschild oder in den Produktunterlagen elektrischer Geräte. Alternativ helfen auch Rückfragen beim Hersteller dabei, Auskünfte über Spannung, Leistung oder Stromstärke zu erhalten.
Strom-Rechner für Wechselstrom berücksichtigt auch den Leistungsfaktor
Eine Besonderheit, die Watt-Rechner für Wechselstrom berücksichtigen müssen, ist der Leistungsfaktor Cosinus Phi (cosφ). Dieser beschreibt den Anteil der tatsächlich nutzbaren Wirkleistung an der aufgenommenen oder abgegebenen Scheinleistung. Die Differenz aus beiden Werten ist die Blindleistung. Diese verbrauchen Geräte nicht. Sie ist aber nötig, um die Spannung aufzubauen.
Der Leistungsfaktor hängt vom Verbraucher ab und liegt in der Regel bei 0,5 bis 1. In großen Anlagen und elektrischen Verteilnetzen lässt sich die Blindleistung zum Beispiel mit Kondensatoren kompensieren, um den Anteil der nutzbaren Wirkleistung an der Scheinleistung zu erhöhen.
Um die Wirkleistung eines elektrischen Verbrauchers berechnen zu können, multiplizieren Sie die Scheinleistung (Berechnung wie oben) mit dem entsprechenden Leistungsfaktor.
- P = U x I x cosφ (Wirkleistung = Spannung x Stromstärke mal Cosinus Phi) [in W]
Ein Beispiel: Beträgt die Spannung 230 Volt, die Stromstärke 16 Ampere und der Leistungsfaktor 0,9, ergibt sich eine Wirkleistung von 3,312 Kilowatt. Durch das Umstellen der Gleichung lässt sich der Wert auch zur Ermittlung der Stromstärke und der Spannung berücksichtigen. Der Watt-Rechner nutzt dabei folgende Gleichungen:
- U = P / (I x cosφ) oder Spannung = Wirkleistung / (Stromstärke x Cosinus Phi)
- I = P / (U x cosφ) oder Stromstärke = Wirkleistung / Spannung x Cosinus Phi)
Wie hoch der Leistungsfaktor ist, lässt sich in der Regel auf dem Typenschild elektrischer Verbraucher ablesen. Finden Sie hier keine Informationen, hilft ein Blick in die technische Dokumentation oder eine Rückfrage beim Hersteller.
Strom-Rechner für Drehstrom: Verteilung auf drei Phasen beachten
Ein Watt-Rechner für Dreiphasen-Wechselstrom, Drehstrom oder Starkstrom berücksichtigt die Besonderheit, dass elektrische Energie hier aus drei einzelnen Wechselströmen besteht. Diese haben die gleiche Frequenz und sind in ihrem Phasenwinkel um 120 Grad verschoben. Wie hoch in solch einem System die Spannung ist, hängt unter anderem davon ab, an welchen Punkten diese abgegriffen wird. Experten unterscheiden dabei:
- Die verkettete Spannung zwischen zwei aufeinander folgenden Leitern (Phasen)
- Die Sternspannung zwischen einem Außenleiter und dem Sternpunkt des Netzes
Verknüpft sind die Werte mit dem sogenannten Verkettungsfaktor. Dieser entspricht der Wurzel aus drei (√3) und hilft, von der verketteten in die Sternspannung und umgekehrt umzurechnen. Ist die verkettete Spannung bekannt, lässt sich die Sternspannung berechnen, indem Sie den Wert in Volt durch Wurzel aus drei dividieren.
- Verkettete Spannung / √3 = Sternspannung
Ein Beispiel: Beträgt die verkettete Spannung 400 Volt, hat die Spannung auf einer Phase einen Betrag von rund 230 Volt (400 Volt / √3 = 230,94 Volt). Um von der Spannung auf einer Phase auf die verkettete Spannung zu kommen, multiplizieren Sie den Betrag mit der Wurzel aus drei.
- Sternspannung x √3 = verkettete Spannung
Ein Beispiel: Beträgt die Spannung einer Phase in einem Drei-Leiter-System 230 Volt, hat die verkettete Spannung zwischen zwei Außenleitern einen Wert von etwa 400 Volt (230 V x √3 = 398,37).
FAQ: Häufig gestellte Fragen zum Watt-Rechner und dessen Einsatz
Was ist ein Watt-Rechner und worauf basiert er?
Der Watt-Rechner ermöglicht es, die elektrischen Größen Watt, Volt und Ampere zu berechnen, wenn mindestens zwei der Werte bekannt sind. Er basiert dabei auf dem Zusammenhang von Leistung, Spannung und Stromstärke, der sich mit folgender Gleichung ausdrücken lässt: (Schein-)Leistung (P in VA oder W) = Spannung (U in V) x Stromstärke (I in A).
Wann kommt ein Watt-Rechner zum Einsatz?
Erforderlich ist das Werkzeug, wenn Sie Volt, Watt oder Ampere berechnen wollen. Also zum Beispiel bei der Auslegung von Stromerzeugern, der Dimensionierung von Stromspeichern oder der Bemessung von Sicherungen. Auch Kabelquerschnitte lassen sich berechnen, wenn Sie die einzelnen Werte berechnet haben.
Was ist bei Wechselstrom zu berücksichtigen?
Wechselstrom ändert seine Richtung je nach Netzfrequenz mehrmals in der Sekunde. Um dabei jedes Mal ein Magnetfeld auf- und abzubauen, ist Energie nötig, die sich technisch nicht weiter nutzen lässt. Experten sprechen dabei von der Blindleistung, die neben der Wirkleistung Teil der aus dem Netz bezogenen Scheinleistung ist. Um die technisch nutzbare Wirkleistung in Watt berechnen zu können, ist der Anteil der Blindleistung zu berücksichtigen, was mit dem Leistungsfaktor Cosinus Phi möglich ist.
Welche Besonderheit gibt es bei Drehstrom?
Dreiphasen-Wechselstrom, Drehstrom oder Starkstrom besteht aus drei einzelnen Wechselströmen. Diese haben die gleiche Frequenz, sind jedoch um 120 Grad verschoben. Die Höhe der Spannung hängt dabei davon ab, ob diese zwischen zwei Phasen oder einer Phase und dem Null- oder Sternpunkt der Schaltung abgegriffen wird. Berücksichtigen lässt sich das mit dem sogenannten Verkettungsfaktor (Wurzel aus drei). Ein Watt-Rechner für Drehstrom greift darauf zurück, wenn Sie die Spannung, die Stromstärke oder die Leistung berechnen wollen.
