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Getaktete Antriebe Ein Messaufbau für phasengleiche Strom- und Spannungswerte

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

Rohrer GmbH
Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Eine genaue Leistungsmessung ist Voraussetzung für die Optimierung der Leistung und des Wirkungsgrades von getakteten Antrieben. Bei der Leistungsmessung müssen Strom und Spannung phasengleich sein. Neben robusten Komponenten ist die Messtechnik entscheidend.

Die Leistungsmessung von getakteten Antrieben ist nicht trivial. Strom und Spannung müssen phasengleich sein. Mit einem speziellen Messaufbau kann die Leistung genau gemessen werden.(Bild: Rohrer)
Die Leistungsmessung von getakteten Antrieben ist nicht trivial. Strom und Spannung müssen phasengleich sein. Mit einem speziellen Messaufbau kann die Leistung genau gemessen werden.
(Bild: Rohrer)

Für die Leistungsmessung müssen Strom- und Spannungsmesswerte phasengleich sein. Bei getakteten Antrieben ist dies eine besondere Herausforderung. Ströme können problemlos mit Durchflussmessumformern gemessen werden, da es sich um ein Kompensationsverfahren handelt.

Im Gegensatz dazu ist die Spannungsmessung wesentlich komplexer. Für eine genaue Messung muss die Spannung digitalisiert werden. Die Messbereiche reichen dabei von 20 mV bis zu 3 kVrms, aufgeteilt in 14 Stufen. Eine konstante Signallaufzeit von 4 µs ist unerlässlich, um Phasenverschiebungen zu vermeiden. Zur Bestimmung der exakten Leistung aus dem Produkt von Spannung [U] und Strom [I] dürfen die Messwerte keine Phasenverschiebung haben. Schon eine geringe Phasenverschiebung kann bei kleinen Leistungen zu erheblichen Fehlern führen, insbesondere bei der wichtigen Leerlaufleistung. Daher ist es notwendig, die Messwerte von Spannung und Strom sowie die Phasenverschiebung sehr genau zu bestimmen und zu kompensieren.

Anforderungen an die Messgenauigkeit

Dazu ist eine Messeinrichtung erforderlich, die in der Lage ist, die Signallaufzeit der Strommessung so zu verzögern, dass sie der Signallaufzeit der Spannungsmessung entspricht. Die verwendete Messeinrichtung muss die Laufzeit der Strommessung so verzögern, dass beide Laufzeiten identisch sind. Ein Beispiel für ein solches Gerät ist der Leistungsmesser WT5000 von Yokogawa. Um Messgenauigkeiten von 0,1 Prozent zu erreichen, müssen bei der Spannungs- und Strommessung Oberschwingungen bis zu einigen 100 kHz erfasst werden.

Eine DC-Kopplung der Messungen ist ebenfalls unerlässlich. Erforderlich ist zudem die Spannungsfestigkeit bei Notabschaltung des elektrischen Antriebs, wobei Gegenspannungsspitzen bis 17 kV auftreten können. Für diese Aufgabe wurde der Isolier-Messverstärker Arcus T303B-3/5kV von Rohrer so angepasst, dass er keinen Schaden nehmen kann. Diese überarbeitete Version ist der T303-B-3/5kV-17kV.

Die präzise Leistungsmessung in getakteten Antrieben erfordert eine genaue Phasenkohärenz zwischen Strom- und Spannungsmessung, eine hohe Messgenauigkeit und die Fähigkeit, hohen Gegenspannungen standzuhalten. Die Kombination aus durchdachter Messtechnik und robusten Komponenten, wie dem WT5000 Leistungsmesser und dem angepassten Arcus T303-B-3/5kV-17kV Isolier-Messverstärker, gewährleistet die Einhaltung dieser Anforderungen.

(heh)

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