Power-Factor-Correction (PFC) erklärt – vor allem bei Industrie-SNT

Warum PFC bei Industrie-Schaltnetzteilen (SNT) relevant ist

Industrielle Anwendungen stellen hohe Anforderungen an die Energieeffizienz und Netzqualität elektrischer Systeme. Ein typisches Beispiel: In einem Produktionsbetrieb mit mehreren Maschinensteuerungen führen minderwertige Schaltnetzteile ohne PFC zu einem deutlich erhöhten Blindleistungsanteil – was nicht nur die Stromrechnung belastet, sondern auch Rückwirkungen ins Netz verursacht. Schaltnetzteile (SNT), wie sie in Automatisierungstechnik, LED-Beleuchtung oder Laboranwendungen zum Einsatz kommen, benötigen daher eine saubere und effiziente Stromaufnahme. Genau hier setzt die Power-Factor-Correction (PFC), auf Deutsch: Leistungsfaktorkorrektur, an. Sie ist ein zentrales Element moderner Industrie-SNT – sowohl aus technischer als auch regulatorischer Sicht.

Grundlagen: Wirk-, Schein- und Blindleistung

Um PFC zu verstehen, lohnt sich ein Blick auf die Grundlagen der elektrischen Leistung:

Wirkleistung (P): Die tatsächlich genutzte Leistung, gemessen in Watt (W).
Blindleistung (Q): Entsteht durch Phasenverschiebung von Strom und Spannung; wird nicht in Arbeit umgesetzt.
Scheinleistung (S): Kombination aus Wirk- und Blindleistung.

Der Leistungsfaktor beschreibt das Verhältnis von Wirk- zu Scheinleistung. Ein idealer Leistungsfaktor liegt bei 1, realistische Werte ohne PFC oft nur bei 0,5 bis 0,7. Eine schlechte PFC belastet das Stromnetz und verursacht unnötige Verluste.

Folgen eines schlechten Power Factors

Wie bereits im Artikel EMV & Oberschwingungen in Schaltnetzteilen – Herausforderung & Lösungen ausführlich beschrieben, hat eine schlechte PFC direkte Auswirkungen auf die Netzqualität und das EMV-Verhalten ganzer Anlagen.

Ohne PFC entsteht unnötig hohe Blindleistung. Das führt zu:

Erhöhten Stromkosten (da der Netzbetreiber auch Blindleistung bereitstellen muss)
Stärkerer Erwärmung von Leitungen und Komponenten
Höherem THD (Total Harmonic Distortion)
Störungen bei anderen Verbrauchern (EMV-Probleme)
Nicht-Erfüllen von Normen wie EN 61000-3-2

PFC-Methoden im Überblick

Merkmal	Passive PFC	Aktive PFC
Technologie	Induktive/Kapazitive Komponenten	Elektronisch geregelt (Boost-Konverter)
Leistungsfaktor	ca. 0,7–0,8	>0,95
Bauraum	Groß, schwer	Kompakter durch effizientere Bauteile
THD (Oberschwingungen)	Höher	Deutlich reduziert
Kosten	Niedriger in der Anschaffung	Höher, aber wirtschaftlicher im Betrieb
Anwendungsempfehlung	Einfache Geräte, geringe Lasten	Industrie-SNT, kritische und normpflichtige Anwendungen

Aktive PFC

Aktive PFC setzt auf eine elektronische Regelung mit Boost-Konvertern, die den Eingangsstrom sinusförmig zur Netzspannung synchronisieren. Vorteile:

Leistungsfaktor nahe 1 (typ. >0,95)
Universaleingang (85–264 V AC)
Bessere THD-Werte und EMV
Kompaktere Bauweise möglich

Passive PFC

Passive PFC nutzt induktive oder kapazitive Elemente (z. B. Drosseln), um die Stromaufnahme zu glätten. Vorteile: einfach, kostengünstig. Nachteile: schwer, ineffizient bei niedrigen Lasten, Leistungsfaktor meist nur bis ca. 0,7–0,8.

PFC in Industrie-SNT: typische Architektur

Je nach Netzteiltyp – z. B. lineares oder getaktetes Netzteil – unterscheidet sich auch die PFC-Strategie. In unserem Beitrag Netzteiltypen im Vergleich – linear oder getaktet? finden Sie dazu eine vertiefende Übersicht.

In hochwertigen Industrie-Schaltnetzteilen ist die aktive PFC heute Standard. Typischer Aufbau:

Netzeingang → EMV-Filter → Gleichrichter → PFC-Stufe (Boost) → Zwischenkreis → DC/DC-Konverter

Je nach Anwendung wird zwischen DCM (Discontinuous Conduction Mode) und CCM (Continuous Conduction Mode) gewechselt, um Effizienz und THD zu optimieren. Moderne ICs (z. B. von STMicroelectronics oder Texas Instruments) unterstützen digitale Regelalgorithmen.

Praxisbeispiele: Wann eine gute PFC entscheidend ist

Steuerungstechnik in Fertigungsanlagen: Ohne PFC können Frequenzumrichter durch Rückwirkungen im Netz ausfallen oder fehlerhaft arbeiten.
LED-Beleuchtung in Produktionshallen: Hohe Blindleistung senkt die Energieeffizienz, EMV-Störungen können zu Ausfällen bei Sensorik führen.
Labornetzteile & Prüfsysteme: Eine stabile PFC sorgt für konstante Spannungsversorgung – entscheidend bei präziser Messtechnik.

Infobox: Checkliste – Wann aktive PFC unverzichtbar ist

Lasten über 75 W
Einsatz in normkritischen Anwendungen (EN 61000-3-2)
Betrieb in sensiblen Netzen (z. B. Industrieanlagen, Medizintechnik)
Anforderungen an globale Netzspannungen (110/230 V)
Ziel: Minimierung von EMV-Problemen oder THD

Ein einfaches Schaubild mit Stromaufnahmeverlauf aktiv vs. passiv könnte diese Unterschiede visuell verdeutlichen – ideal zur internen Schulung oder Produktberatung.

Steuerungstechnik in Fertigungsanlagen: Ohne PFC können Frequenzumrichter durch Rückwirkungen im Netz ausfallen oder fehlerhaft arbeiten.
LED-Beleuchtung in Produktionshallen: Hohe Blindleistung senkt die Energieeffizienz, EMV-Störungen können zu Ausfällen bei Sensorik führen.
Labornetzteile & Prüfsysteme: Eine stabile PFC sorgt für konstante Spannungsversorgung – entscheidend bei präziser Messtechnik.

Vorteile einer guten PFC bei Industrieanwendungen

Ein weiteres Argument für hochwertige Industrie-SNT mit aktiver PFC liegt in der thermischen Auslegung. Wie der Artikel Thermisches Derating in DIN-Schienen-Netzteilen – was es bedeutet zeigt, beeinflusst ein stabiler Leistungsfaktor auch die Wärmeentwicklung und damit die Ausfallwahrscheinlichkeit elektronischer Komponenten.

Energieeffizienz: Weniger Netzverluste, geringere Stromkosten
Kompabilität: Konform zu internationalen Normen
Zuverlässigkeit: Geringere Netzrückwirkungen, stabilerer Betrieb
Platzersparnis: Kleinere Leitungsquerschnitte und Komponenten möglich

Normen & gesetzliche Vorgaben

In der Industrie gelten strenge Vorschriften zur Netzentlastung und EMV:

EN 61000-3-2: Regelt Oberschwingungen bei <16 A pro Phase
IEC 61000-3-12: für >16 A
80-PLUS-Zertifizierungen: Anforderungen an Wirkungsgrad & Leistungsfaktor (bei IT-SNT)

PFC ist hier nicht optional, sondern Voraussetzung für die Zulassung vieler Industrieprodukte.

Hinweis für internationale Projekte

Für global eingesetzte Stromversorgungen sollten auch internationale Standards wie UL (Underwriters Laboratories) und FCC (Federal Communications Commission) berücksichtigt werden – insbesondere in Nordamerika. Diese legen zusätzliche Anforderungen an EMV-Verhalten und Sicherheit fest und setzen oft eine gute PFC voraus, um die dortigen Netzbedingungen zu erfüllen.

In der Industrie gelten strenge Vorschriften zur Netzentlastung und EMV:

EN 61000-3-2: Regelt Oberschwingungen bei <16 A pro Phase
IEC 61000-3-12: für >16 A
80-PLUS-Zertifizierungen: Anforderungen an Wirkungsgrad & Leistungsfaktor (bei IT-SNT)

PFC ist hier nicht optional, sondern Voraussetzung für die Zulassung vieler Industrieprodukte.

Häufige Missverständnisse

PFC = EMV? Nein. PFC verbessert zwar indirekt die EMV, ersetzt aber keine Filter!
Passive PFC reicht aus? Nur bei geringen Leistungen und internen Anwendungen sinnvoll
Leistungsfaktor und THD sind identisch? Nein. THD misst Oberschwingungen, nicht Phasenverschiebung.

PFC als Muss bei modernen Industrie-SNT

Ohne eine saubere Leistungsfaktorkorrektur sind industrielle Schaltnetzteile kaum noch wettbewerbsfähig. Aktive PFC-Technologien sorgen nicht nur für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, sondern auch für mehr Effizienz, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit im industriellen Einsatz.