Weitnauer Messtechnik. Dirty Power

Transkript

1 Weitnauer Messtechnik Dirty Power Gesamtheit aller Störungen durch elektrische Systeme, welche in erster Linie über die elektrischen Verbindungen leitungsgebunden ausgesandt werden. Im amerikanischen Sprachraum Synonym für Elektrosmog. 1

2 Netzqualität -Spannung (Effektivwert über eine Periode) -Frequenz -Kurvenform (Verzerrungen) -Transienten -Spannungsschwankungen (Flicker)* *(erster EMV-Aspekt!) Strom als Handelsgut Ein Handelsgut besitzt definierte Qualität: Beim elektrischen Strom: EN Schlechte Netzqualität? In den meisten Fällen ist der Kunde selber Ursache schlechter Netzqualität! Beispiele: Schalten grosser Lasten Schweissgeräte, grosse Motoren Elektronische Geräte Warum? 2

3 Passive elektrische Elemente Elektrischer Widerstand u( t) R i( t) Stets konstantes Verhältnis U und I Spannung und Strom sind in Phase Widerstand ist unabhängig von der Frequenz Passive elektrische Elemente Kapazität C 1 u ( t) i( t) dt C 1 u i j C Kapazität speichert Ladungen; hält Spannung konstant Strom eilt Spannung um 90 voraus Impedanz wird mit steigender Frequenz kleiner 3

4 Passive elektrische Elemente Induktivität L d u( t) L i( t) dt u j L i Induktivität hält Strom konstant Spannung eilt Strom um 90 voraus Impedanz wird mit steigender Frequenz grösser Ideale elektrische Quellen Spannungsquelle Spannung ist konstant Kurzschlussstrom unendlich Beispiele: Autobatterie Labornetzgerät Ideale elektrische Quellen Stromquelle Strom ist konstant Leerlaufspannung unendlich Beispiele: Weidezaun-Gerät Solarzellen LED-Vorschaltgeräte 4

5 Reale elektrische Quellen Spannungsquelle Leerlaufspannung Kurzschlussstrom U L = U 0 I k = U 0 /R Spannung allgemein U = U 0 I R Reale elektrische Quellen Stromquelle Leerlaufspannung Kurzschlussstrom U L = I 0 R I k = I 0 Spannung allgemein U = (I 0 I) R Der elektrische Stromkreis Leerlaufspannung Kurzschlussstrom Spannung an der Last Leistung an der Last Verlustleistung U 0 I k = U 0 /R U = U 0 I R P = U I P v = (U 0 U) R 5

6 Der Wechselstromkreis Leerlaufspannung Kurzschlussstrom Spannung an der Last Leistung an der Last Verlustleistung U 0 (t) I k (t) = U 0 (t)/z U(t) = U 0 (t) I(t) Z P(t) = U(t) I(t) P v (t) = (U 0 (t) U(t)) Z Der Wechselstromkreis Spannung und Strom ändern sich zeitlich Aus Widerständen wurden komplexe Impedanzen Spannung und Strom sind NICHT mehr in Phase -> Neue Begriffe: Wirkleistung und Blindleistung Reine Nutzleistung Spannung Strom Leistung

7 Induktiver Anteil Spannung Strom Leistung Reine induktive Blindleistung Spannung Strom Leistung Wirkarbeitsrücklieferung Spannung Strom Leistung

8 Wirkleistung P und Blindleistung Q Q arctan P cos( ) P S Wirkleistung P und Blindleistung Q Grundschwingung? Eine harmonische Schwingung besitzt immer eine Sinusform. Damit hat sie eine einzige Frequenz! 8

9 Allgemeine Schwingung? Eine Schwingung muss nicht harmonisch sein, sondern kann beliebige Formen haben. Allgemeine Schwingung! Jede periodische Schwingung lässt sich in ein Gemisch aus einzelnen harmonischen Schwingungen mit ganzzahligen Frequenzverhältnissen zerlegen. -> Fourier-Analyse Oberwellen Oberwellen sind Harmonische, also ganzzahlige Vielfache, der Grundfrequenz einer Schwingung. Woher kommen die? 9

10 Oberwellen Oberwellen entstehen an nichtlinearen Impedanzen: -Halbleiter (Dioden, Thyristoren etc.) -Magnetische Komponenten (Drossel, Trafo) Asynchrone Komponenten Sobald Signalanteile hinzukommen, die zeitlich keinen Zusammenhang mit der Netzspannung haben, oder gar völlig zufällig sind, spricht man von asynchronen Komponenten. Herkunft: Elektronik mit Taktgeneratoren. Allgemein: Schalthandlungen & Transienten Störmodell Spannungsquelle, Last, Störstromquelle u u i Z ( i i 0 L S ) 10

11 Netzrückwirkung Jede Last bewirkt durch ihren Stromfluss einen Spannungsabfall U i auf dem Innenwiderstand des Stromnetzes. Spannungsänderung* = Netzrückwirkung *in Folge Stromfluss durch die Last Komplexe Impedanzen Sobald Schaltungen mehrere Grundelemente umfassen, sind dies komplexe Impedanzen. Resonanzen! Schwingkreis (1) Elektrisches Feld speichert Energie W E C U

12 Schwingkreis (2) Magnetisches Feld speichert Energie W M L I 2 2 Schwingkreis Im Schwingkreis ist die Summe der elektrischen und der magnetischen Energie stets gleich gross. Resonanzfrequenz: f LC Parallelresonanz u( t) 1 d i( t) u( t) dt C u( t) R L dt 12

13 Serieresonanz d 1 u ( t) i( t) R L i( t) i( t) dt dt C Impedanz-Analyse: Reales Netz Nächstes Problem: Laufzeiteffekte! 13

14 Elektrische Leitung Wellenimpedanz: Wellengeschwindigkeit: Offene Leitung 20m Kurzgeschlossene Leitung 20m 14

15 Leiterschleife an Leitung 20m Starkstromkabel 20m Offene Leitung 20m 15

16 Kurzgeschlossene Leitung 20m Übel: Zusammengesetzt, 40m Am Ende kurzgeschlossen! Dritter Block: - Beispiele aus der Praxis 16

17 Netzrückwirkung: TV-Gerät AUS U AUS [V] I AUS [A] Netzrückwirkung: TV-Gerät EIN U EIN I EIN Smart-Home : alles elektronisch! Blau: Spannung an einer Fassung der Essplatz-Lampe (Dimmer voll ausgesteuert) Rot: geschaltete Steckdose (Dimmer voll ausgesteuert, ohne Last) 17

18 Kaffeemaschine! Eingangsfilter: Resonanz auf 24VDC Uc IL LC-Eingangsfilter 18

19 Umrichter 400 Umrichter UL1 UL2 UL3 IL1 IL2 IL Glühlampe 200W 19

20 Philips SL 18W (CFL 1. Generation) Philips CFL 22W Philips LED 2W 20

21 Glühlampe 200W Philips SL 18W (CFL 1. Generation) Philips CFL 22W 21

22 Philips LED 2W Stetzer- Filter OHNE Last Stetzer- Filter OHNE Last 22

23 Zwischen Lampe & Stetzer- Filter Zwischen Lampe & anderem Filter USV für Datenserver: N-PE 23

24 USV für Datenserver: N-PE Spürt ein Mensch das? Herzlichen Dank 24