Hallo, habe hier einen Stromübertrager mit dem ich den Strom eines Verbrauchers im 230V-Netz messen möchte bzw. schon messe. Ich messe alle 100µs und berechne mir über eine Periode den RMS. Das klappt soweit schon ganz gut. Meine Last ist derzeit ohmisch wird später aber auch induktiv (Motor) sein. Später möchte ich eine Spannungsmessung ergänzen und die Wirkleistung berechnen. Nun meine Frage: Ist bei einem Stromübertrager ein phasenversatz zwischen dem Primärstrom und der Spannung am Shunt der sekundärseite? Die Sekundärwicklung hat eine Induktivität von 0.27H und die Primärseite besteht nur aus einer Windung. Ich habe die Spannungsmessung noch nicht realisiert und kanns jetzt nicht einfach ausprobieren. Schon mal Danke für die Antworten.
Transformatorische Stromwandler müssen immer mit einem niederohmigen Widerstand abgeschlossen werden. Falls dieser zu hoch ist, gibt es einen Phasenfehler. Rechne einfach mal die Grenzfrequenz aus.
Bei einem Kondensator eilt der Strom der Spannung um 90° Phasenverschiebung voraus. Bei einer Spule eilt die Spannung dem strom um 90° Phasenverschiebung voraus. Deswegen werden an Motoren dicke Kondensatoren parallel angeschlossen um dies auszugleichen, da man sonst eine zu hohe Blindleistung ins Netz zurückspeist. So kompensiert man diese Blindleistung, jedoch braucht der Motor auch eine kleine Blindleistung um anzulaufen. Schau mal im WWW nach diesen Begriffen und du findest auch Formeln hierfür ;D LG 1333MHz
>Bei einem Kondensator eilt der Strom der Spannung um 90° >Phasenverschiebung voraus. Bei einer Spule eilt die Spannung dem strom >um 90° Phasenverschiebung voraus. Das ist Elektrikerdenken und gilt nur für sinusförmige Größen. In der Elektronik gibt es aber noch viel mehr.
Ich betreibe das Teil mit dem vom Hersteller vorgeschlagenen Widerstand von ca. 8 Ohm. Habe mich villeicht etwar missverständlich ausgedrückt. Ich habe KEINE Messung des Primärstromes über einen Shuntwiderstand. Mit Shunt meinte ich meinen 8 Ohm-Widerstand mit dem ich den Sekundärstrom in eine Spannung umwandle die dann über einen ADC weiterverarbeitet wird. @ OR Was meinst du mit Grenzfrequenz ?
Dein Messshunt bildet zusammen mit der Streuung Deines Übertragers einen Tiefpass (Tau=L/R, f=1/(2*pi*Tau) ). Diese Grenzfrequenz sollte wesentlich größer als 50Hz sein, dann ist alles ok und der Grund für den Phasenversatz liegt woanders.
@ OR ich komme da auf eine Grenzfrequenz von 4,7Hz was aber sicherlich für Messungen am 50Hz-Netz unsinnig ist. Übrigens habe ich nicht geschrieben, dass ich einen Phasenversatz habe (mache derzeit ja nur eine Strommessung), sondern ich möchte wissen ob ich für die spätere Wirkleistungsberechnung einen Phasenversatz berücksichtigen nuss.
Hallo, da dein Übertrager keine Gleichströme übertragen kann, hast Du auch einen Hochpass. Der wird Dir bei der Messung eher zu schaffen machen. Da wäre dann auch Tau=L/R mit L=Sekundärinduktivität. Rechnung wie oben -> ca. 5Hz. Das ist schon recht nahe an 50Hz, ergibt also einen deutlichen Phasenfehler. mit einem als Strom-Spannungswandler beschalteten OP kannst Du den Shunt praktisch auf 0 bringen, und kommst nahe an die 0Herz. Peter
Für meine begriffe ist der Messshunt (von 8 Ohm) gleich dem Gleichstromwiderstand der Sekundärwicklung. Damit ergibt sich Leistungsanpassung und maximale Strom/Spannungs-Übersetzung.
Stimmt, der Gleichstromwiderstand der Spule ist auch noch da. Der bestimmt die minimale Genzfrequenz. Leistungsanpassung braucht man hier sicher nicht. Es ist ja genug Leistung vorhanden. Du willst ja die maximale Stromübersetzung.
>ich komme da auf eine Grenzfrequenz von 4,7Hz >Die Sekundärwicklung hat eine Induktivität von 0.27H Relevant ist für diese Anwendung nicht die Hauptinduktivität, sondern die Streuinduktivität des Trafos. Diese ist weit geringer. Da kommen dann auch keine 4,7Hz raus. Du kannst damit rechnen, dass der Phasenfehler geringer als 1° sein wird. Diese in der Energietechnik üblichen Stromwandler werden auch zur Erfassung der Phasenlage in Kompensationsanlagen eingesetzt. Du kannst das einfach überprüfen wenn du an deinen Messaufbau eine ohmsche Last anschließt. Da sollte dann eben nur Wirkleistung angezeigt werden. Grüße, Peter
Na ja, die Stromübersetzung ist doch durch das Windungsverhältnis von 1:300 festgelegt. Wenn ich das Ding im Leerlauf (ohne Messshunt) fahre habe ich doch immense Spannungen die mir meinen ADC killen.
Wenn du einen Stromwandler im Leerlauf fährst, geht der Kern in Sättigung und der Wandler brennt ab. Das darf nie passieren. Der vom Hersteller angegebene Shunt muss verwendet werden. Grüße, Peter
Nicht im Leerlauf sondern im Kurzschluss: Ausgangsstrom = Eingangsstrom/300 Der OP erzeugt einen virtuellen Kurzschluss. @pdiener Wo soll denn dann die untere Grenzfrequenz liegen?
>Ausgangsstrom = Eingangsstrom/300 Richtig. >Der OP erzeugt einen virtuellen Kurzschluss. Der Strom des Wandlers muss durch den Shunt fließen und nicht durch den OP. Ein Standardwandler hat 5A Ausgangsstrom bei Volllast. Das hält kein OP aus. Deswegen wird ein Shunt eingesetzt und die dort abfallende Spannung weiterverarbeitet. Ob das mit einem OP oder einem ADC oder Zeigerinstrument passiert, ist dabei nur von sekundärer Bedeutung. Hauptsache hochohmig. >Wo soll denn dann die untere Grenzfrequenz liegen? Die Streuinduktivität eines solchen Wandlers liegt in der Regel einen Faktor Hundert bis Tausend unter der Hauptinduktivität, damit ist die Grenzfrequenz irgendwo zwischen 500Hz und 5kHz. Das macht auch Sinn, denn diese Wandler werden von den EVUs für große ( > 50 A) Stromzähler eingesetzt und müssen auch bis in diesen Frequenzbereich hinauf die Oberwellenleistung korrekt abrechnen. Grüße, Peter
Ich meinte die untere Grenzfrequenz, oder übertragen Transformatoren neuerdings auch Gleichströme?
Die untere Grenzfrequenz liegt bei wenigen Hz. Diese wird durch das
Sättigungsverhalten des Kerns beschrieben und die Dämpfung setzt in
diesem Bereich relativ abrupt ein. Sie ist auch reziprok abhängig vom
Lastwiderstand. Der Kern kann einen bestimmten Fluss tragen (gemessen in
Voltsekunden). Dieser Fluss multipliziert mit der jeweiligen
Windungszahl der Wicklung von der aus man es betrachtet, ergibt den noch
zulässigen Spannungsstoß an dieser Wicklung. Von einer Grenzfrequnz kann
man da nicht sprechen, denn der Spannungsstoß am Shunt ist vom Laststrom
abhängig.
5Hz bei Vollast halte ich aber für realistisch.
Bei weniger Last oder kleinerem Shunt ist die Frequenz niedriger.
Deine Rechnung oben
>Tau=L/R mit L=Sekundärinduktivität
ist dafür nicht anwendbar. Es handelt sich um einen Tiefpass erster
Ordnung und daher gibt es auch nur eine Eckfrequenz. Und diese berechnet
sich mit der Streuinduktivität, nicht mit der Induktivität, die an den
Klemmen im Leerlauf messbar ist. Die Streuinduktivität lässt sich
näherungsweise messen, wenn man in den Hauptstrompfad des Wandlers eine
Kurzschlussschiene montiert und sekundärseitig misst.
Die untere Grenzfrequenz, wie du sie bezeichnest, ist so nicht
berechenbar, denn sie tritt nur durch die Nichtlinearität des
Ferromagnetikums des Kerns auf. Und das eben erst bei sehr hohen
Flussdichten.
Für die Praxis hat das keine Bedeutung, denn Gleichstrom kann mit einem
transformatorischen Wandler nie gemessen werden und Frequenzen zwischen
DC und 50 Hz treten im Netz nicht in der Stromstärke auf, dass sie zur
Sättigung führen, sind also auch alle messbar. Darunter versteht man
insbesondere Flickerströme, also eine langsame Amplitudenmodulation der
50Hz.
Grüße,
Peter
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Hallo Peter:) da ich keine Lust habe, mich mit Gegeninduktivitäten u.s.w. herumzuplagen, habe ich das Ganze einfach mal simuliert. Idealer Travo ohne jede Sättigung, ohne Windungswiderstände, lediglich mit 8 Ohm Bürde. L(primär)=L(Sekundär)/(300^2), Kein Streufluß.
Ergebnis sind genau die berechneten ca. 5Hz. Mit zusätzlichem Wicklungswiderstand geht es hoch auf 10Hz:) Ergebnis kann ich leider nur als pdf ablegen.
Dann noch mal zu den Strömen: Laut Datenblatt max.30A am Eingang, Ausgangsstrom = 30A/300 = 100mA. Wo kommen da 5A vor? Egal, gute Nacht:) auch Peter
Das Datenblatt habe ich nicht gesehen, ich bin davon ausgegangen, dass es sich um einen Standardwandler für Stromschienenmontage für Schaltschränke handelt. Diese haben immer 5A Fullrange. Aber das ist ja für das Problem auch irrelevant, das ist ja skalierbar. Trotzdem ist deine Simulation nicht korrekt, weil für die Grenzfrequenz nicht die Hauptinduktivität zählt, sondern die Streuinduktivität. Und die ist nicht angegeben im Datenblatt. Laut deiner Simulation funktoniert die Messung unterhalb von 5Hz nicht. Du sagst aber auch, dass das System in der Simulation nicht sättigt. Ein Trafo, der nicht sättigt und linear ist, ist ein optimaler Übertrager und der überträgt auch Gleichstrom. Abgesehen davon ist ein RL-Glied ein Tiefpass, es werden also die hohen Frequenzen gedämpft, nicht die niedrigen. Auch deswegen ist dein Simulationsergebnis vollkommen falsch. (Also der Simulator rechnet schon richtig, aber weder die Eingabewerte, noch der Aufbau entsprichen der physikalischen Realität) Nur der Streufluss alleine ist verantwortlich dafür, dass überhaupt ein Filterverhalten auftritt. Ohne Streufluss wäre das System bis in die allerhöchsten Frequenzen linear und ohne Sättigung bis runter zu DC linear. Ebenfalls eine Gute Nacht, Peter
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Peter Diener wrote: > Das Datenblatt habe ich nicht gesehen, ich bin davon ausgegangen, dass > es sich um einen Standardwandler für Stromschienenmontage für > Schaltschränke handelt. Diese haben immer 5A Fullrange. > > Aber das ist ja für das Problem auch irrelevant, das ist ja skalierbar. > > Trotzdem ist deine Simulation nicht korrekt, weil für die Grenzfrequenz > nicht die Hauptinduktivität zählt, sondern die Streuinduktivität. Davon bin ich noch nicht überzeugt. Sie hat einen Einfluß auf den Übertragungsfaktor isec/ipr und sicherlich auf die obere Grenzfrequenz. Entscheident ist aber die untere Grenzfrequenz, weil sie dicht an der Betriebsfrequenz liegt, und einen Phasenfehler verursacht. > Und > die ist nicht angegeben im Datenblatt. Laut deiner Simulation > funktoniert die Messung unterhalb von 5Hz nicht. Doch, die funktioniert. Liefert sogar ein Ergebnis. An der linken Seite sitzt eine Stromquelle, also unendlich hohe Impedanz. Wenn man jetzt von rechts aus in den Übertrager schaut, sieht man als Impedanz nur die Sekundärinduktivität. Jetzt kann man die Quelle noch auf die Sekundärseite transformieren und erhält das Ersatzschaltbild oben (ohne Windungswiderstände, aber die kann man ja noch zufügen). > Du sagst aber auch, > dass das System in der Simulation nicht sättigt. Ein Trafo, der nicht > sättigt und linear ist, ist ein optimaler Übertrager und der überträgt > auch Gleichstrom. Ja, fast. Aber nur wenn die Bürde = 0 ist und keine Windungswiderstände vorhanden sind. Dann hat man auch den kleinsten Phasenfehler. Die besagte Sättigung wird lediglich dadurch hervorgerufen, dass diese Bedingungen eben nicht erfüllt sind. > Abgesehen davon ist ein RL-Glied ein Tiefpass, es werden also die hohen > Frequenzen gedämpft, nicht die niedrigen. Auch deswegen ist dein > Simulationsergebnis vollkommen falsch. Siehe oben, eindeutig ein Hochpass. Filter lassen sich auf viele verschiedene Arten realisieren. In diesem Fall wird eben über eine Stromquelle gespeist, und die Filterkomponenten sitzen parallel zur Quelle. > (Also der Simulator rechnet schon > richtig, aber weder die Eingabewerte, noch der Aufbau entsprichen der > physikalischen Realität) Wie gesagt, es lassen sich noch weitere Größen ergänzen, aber am grundsätzlichen Verhalten wird sich nicht viel ändern. Der Phasenfehler wird eher noch höher als in der Simulation. > > Nur der Streufluss alleine ist verantwortlich dafür, dass überhaupt ein > Filterverhalten auftritt. Ohne Streufluss wäre das System bis in die > allerhöchsten Frequenzen linear und ohne Sättigung bis runter zu DC > linear. S.o. > > Ebenfalls eine Gute Nacht, > > Peter
Hier ist der Vollständigkeit halber noch der Phasenplot für 8 Ohm Bürde + 8 Ohm Wicklungswiderstand. Bei 50Hz beträgt der Phasenfehler ca. 10 Grad. (Wenn man die Bürde auf 0 setzt, sind es nur noch 5 Grad). MFG Peter
Wenn 'ne Diode im Stromkreis ist ( Heizkissen etc. ), gibt's bei Trafo-Stromwandlern weitere Messfehler ( ich geb's zu, richtig begriffen hab' ich's nie ) ???
Also, ich kann deine Rechnung jetzt zwar nachvollziehen, aber wenn sie stimmt, ist der Wandler absoluter Schrott. Schau dir das mal an: http://www.stromwandler.de/faq/glossar/stromwandler.htm Insbesondere die Tabelle: Tabelle 2: Stromfehler Fi und Winkelfehler F_ von Stromwandlern Die schlechtesten Wandler haben einen Fehlwinkel von 1° bei Nennfrequenz, die Klasse 0,1 hat nur 5 Gradminuten Fehlwinkel. Grüße, Peter
@Trafowickler: Dioden im Stromkreis verursachen einen Gleichstromanteil, der vom Wandler nicht erfasst werden kann. Grüße, Peter
"Dioden im Stromkreis verursachen einen Gleichstromanteil, der vom Wandler nicht erfasst werden kann." Das meinte ich, auch eine Abweichung von 100% bleibt ein Fehler ... qed. Aber keine Sorge, der Stromzähler misst auch diese Energie mit !
Nur der Gleichstromanteil wird nicht gemessen. Es ist ja eine halbsinusförmige Stromform. Wenn du diese furiertransformierst, kommt ein gleichstrombehaftetes Spektrum raus mit starken Oberwellen. Alle Oberwellen ab der Grundschwingung werden vom Zähler abgerechnet, der DC Anteil nicht. Aber über die Zeit integriert, ist ein DC Strom multipliziert mit einer rein sinusförmige AC Spannung genau gleich null Energie, d.h. die Kostenabrechnung stimmt trotzdem. Unabhängig davon stimmen aber die an eventuellen Anzeigen angezeigten Ströme nicht, weil da eben der Gleichstromanteil fehlt, der z.B. zur Leitererwärmung beiträgt. Ein Stromzähler rechnet nur dann nicht richtig ab, wenn zusätzlich zu einem DC Anteil im Strom auch ein DC-Anteil in der Spannung vorhanden ist. Das wird aber durch den Trafo in der vorgelegenen Umspannstation verhindert. Ein leichter DC-Anteil in der Spannung kann nur dadurch auftreten, dass das Nederspannungsnetz extrem gleichstrombelastet wird und dann ein DC-Anteil im Spannungsabfall der Kabel auftritt. Das ist aber für Abrechnungszwecke vernachlässigbar wenig, zudem es den Kunden des EVU vorgeschrieben ist, wie viel DC-Strom sie maximal aus dem Netz entnehmen dürfen. Grüße, Peter
"Alle Oberwellen ab der Grundschwingung werden vom Zähler abgerechnet, ..." Nein, abgerechnet wird nur das Integral der Grundschwingung. Das Integral über eine Periode von [sin(x)*sin(n*x+phi)] ist doch für n= 2,3,4, ... Null (?).
Hallo, das Angebot an Wandlern scheint ja groß zu sein, aber man findet fast immer nur die Typenschildangaben, keine "internen" Bauelementewerte. Dieses Datenbuch von Vcuumschmelze ist endlich mal sehr ausführlich: http://www.vacuumschmelze.de/dynamic/docroot/medialib/documents/broschueren/kbbrosch/Curr_Transf_neu_engl.pdf Die Typen mit niedriger Permeabilität (gleichstromverträglich) haben einige Henry Sekundärinduktivität und einige 10 Ohm Wicklungswiderstand und liegen im Fehlerwinkel in der Gegend von 5 Grad. Die hochpermeablen Typen haben mehr als 100H, einige 10 Ohm und liegen bei ca. 0.15 Grad. Das stimmt also gut mit der Theorie überein. Ansonsten haben die 5A Standardtypen anscheinend meist weniger Phasenfehler als die 100mA Typen. Hier ist auch noch eine gute Herleitung aus einer Laborübung, und eine "bürdelose" Schaltung. http://public.tfh-berlin.de/~krumm/elektronik-2/opv/anwendungen/ws-wandler/stromwandler.pdf MFG Peter
Vielen Dank für eureren starken Einsatz. Das Datenblatt von der Vcuumschmelze ist wirklich sehr aufschlussreich. (keine Ahnung warum ich das bei meiner Suche nicht gefunden habe) Die ca. 10 Grad Phasenfehler korrigiere ich dann einfach durch Verzögern der gemessenen Spannungswerte. Das werden dann um die 5 bis 6 Samples sein. Ich muss mir noch überlegen welche Genauigkeit ich eigentlich ansterbe. Die Phasenlage von Strom und Spannung werde ich (zur Kalibrierung mit rein ohmischer Last) im Nulldurchgang messen, da die Signale hier die größte Steigung haben. Meine Abtastperiode von 100µs entspricht 1.8 Grad Phase bei 50Hz. Wenn eventuell Notwendig kann ich die Spannung noch auf ein Subsample-Zeitpunkt interpolieren und dann mit dem Strom multiplizieren. Die Abtastperiode kann ich nicht weiter reduzieren, da der Controller nebenbei auch noch was anderes zu tun bekommt. Gruß, Kong
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