Messen elektrischer Leistung Marco Scheck Product Manager Yokogawa

Transkript

1 Messen elektrischer Leistung Marco Scheck Product Manager Yokogawa

2 Leistung in seinen Grundzügen 2 Jeder Elektrische Stromkreis welcher an Wechselspannung liegt: Wirkleistung P (Vom Motor wirklich umgesetzte Leistung) Blindleistung Q (Zusätzlich gezogene Leistung für el. Felder) Scheinleistung S (Leistung welche das Netz bringen muss)

3 Kondensator und Induktivität erzeugen elektrische Felder Komponenten und deren Auswirkung 3 Elektrische Felder werden auf und abgebaut, dies bedarf einer gewissen Zeit

4 Resultat von Kapazität und Induktivität im Stromkreis 4 Beide Elemente sind frequenzabhängig, die Verschiebung also unterschiedlich je nach Systemfrequenz

5 Auswirkung auf die Leistung 5 Je grösser die Verschiebung, desto kleiner die Wirkleistung P = U rms * I rms * (cos 1 )

6 Die gemessenen Werte 6 Die Wirkleistung P, sowie alle anderen Größen sind immer bezogen auf eine Periodendauer T. Es handelt sich um gemittelte Werte.

7 Abtasten der Wellenform 7 Sampled Voltage Waveform Sampled Current Waveform Instantaneous Energy Transmission Waveform Energy From Load To Source Energy From Source To Load Δt = sample interval

8 Faktoren bei der Messung 8 Essenzielle Faktoren welche wir bereits sehen konnten: Bestimmung der Periodendauer T Messung der Phasenverschiebung (cos Phi) Amplitudenhöhe Abtastfrequenz

9 Gemessene und Kalkulierte Werte 9 Gemessene Werte Messfehler entstehen bei der Messung von Urms, Irms und der Periodenzeit T Kalkulierte Werte Urms [V] Irms [A] Periodenzeit T [s] Pavg [W] S [VA] Q [var] Leistungsfaktor Lambda Phasenverschiebung (cos Phi) Messbereichsanwendung

10 Wo stecken die Messfehler? 10 Fehler bei der Messung der Periodenzeit T Nulldurchgangserkennung nur mit Filter möglich Frequenzfilter und Line-Filter Periodenzeit T?

11 Wo stecken die Messfehler? 11 Messfehler von Urms und Irms Zusätzliche Zeitverschiebung durch Messshunts und deren Induktivität und Kapazität (delta) durch Abtastdifferenz von Spannung und Strom (synchrones / asynchrones Abtasten) u(t) i(t) i(t) u(t) SHUNT Attenuator Amplifier A/D A/D D S P Delay on inductivities /capacities and Conversion I to U Delay on amplification or attenuation Sampling timing difference + = δ

12 Impedanz Eingangssektion und Delta 12 Impedanz eines Lautsprechers 4-Ohm abhängig zur Frequenz f Abhängig von der Frequenz durch Induktivitäts- und Kapazitätsanteile Verschiedene Zeitverzögerungen

13 Wo stecken die Messfehler? 13 Messfehler von Urms und Irms Linearität der Eingangssektion und des Verstärkers Nicht oder falsches Ausnutzen des Messbereichs 300Vpk 100Vrms Range Setting Upper 110% Range 100Vrms Lower 1% Crest Factor Peak value 300Vpk 300 RMS value 1Vrms Je linearer, desto besseres Signalverhalten auch bei kleinen Amplituden, desto besserer Crest Factor für PWM und Inrush-Messungen

14 Erwartungen an das Gerät 14 Was wird also von Gerät bisher erwartet? Frequenz-Filter für Nulldurchgangserkennungen (vor allem bei PWM) Line-Filter für Bandbreitenbeschränkungen nach Standards oder für Fremdsignale Angabe zur Beeinflussung der Phasenverschiebung (Delta = Frequenzabhängig) Angabe zur Linearität der Eingangssektion (Garantierte Messgenauigkeit 1%-130% z.b) Möglichst kleine Kapazität und Induktivität der Shunts (realistisch klein) Strom und Spannungsshunt Synchronisierte Abtastung aller Kanäle Angabe zur Stabilität über Zeit (drift ppm / year, Datenblatt oder Kalibrationsdaten)

15 Wie erfüllen die Geräte die Basis? 15 Powermeter/ Power Scope Datenrekorder Oszilloskope >3000CHF Frequenzfilter X selten Nur mit Cursormessung Oszilloskope < 3000CHF Line-Filter X X X 1-Stufig Angabe zur Phasenverschiebung X Deskew Möglichkeit Angabe zur Linearität Genauigkeit und Crestfaktor Crestfaktor AC und DC Nur Crestfaktor, max. bis 20 Nur DC Nur Crestfaktor, max. bis 20 Nur DC Nur Crestfaktor, max. bis 20 Nur DC Synchronisierte Abtastung X X X oft Scanner Stabilität über Zeit X ppm-bereich Selten Sehr selten, weil generell unstabil Bandbreite DC 10MHz DC-20MHz DC-GHz DC-300MHz

16 Was ist sonst noch nötig? 16 Messen von harmonischen für Standarterfüllung oder Langlebigkeit FFT Fast Fourier Transformation (sehr ungenau) DFT Discrete Fourier Transformation (genau, aber zu wenig Information) FFT mit PLL Fast Fourier Transformation mit Phase Lock Loop (genau und Nutzbar) P.1

17 Was ist sonst noch nötig? 17 Messen von 3-Phasensystemen mit und ohne Sternpunktverbindung Oft selbst bei der Entwicklung nicht zugänglich L1 A L1 A V V V N L3 I1 line = I1 phase I3 line = I3 phase A I2 line = I2 phase U3 phase U2 phase U1 phase U1-2 line V V N L3 V I1 line = I1 phase U3-1 line I3 line = I3 phase A U2-3 line I2 line = I2 phase L2 A L2 A

18 Output signal at constant input Was ist sonst noch nötig? Geeignete Sensoren für Große Ströme >50A I1 I2 U Zero Flux Rogowski 0.4 Hall Effect Powermeter 0.2 0

19 Was ist sonst noch nötig? 19 Um korrekt Messen zu können ist vieles Nötig und muss beachtet werden. Alles findet heute aber nicht Platz. Um noch mehr zu erfahren: besuchen Sie uns draußen am Stand (Yokogawa) nehmen Sie unser Poster mit (Emitec Power-Poster) Lassen Sie sich persönlich von uns Beraten Besuchen Sie unser Seminar Messen elektrischer Leistung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und noch viel Spaß an der STMT