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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungswandler durch Trafo


Autor: Tintenfisch (Gast)
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Folgende Frage - um Spannungen am Stromnetz mit Geräten zu messen, die 
nicht die entsprechende Schutzklasse haben (z.B. Oszi), kann man einen 
Trafo verwenden. Der hat zwei getrennte nicht miteinander verbundene 
Wicklungen und folglich sind beide Stromkreise voneinander galvanisch 
getrennt - ist das richtig? Und mit vielen Messgeräten müsste ich eh 
über einen Spannungsteiler die Spannung reduzieren, so dass ich sie 
messen kann.

Ist folgender Gedankenansatz richtig? Ich habe einfach mal einen Trafo 
bei Reichelt angeschaut und dessen Daten zum Schluss mit an diese 
Message angefügt.

Der Trafo liefert eine Spannung von 6 Volt.

Aber die 6 Volt liefert er ja "nur" bei 230 Volt (Betriebsspannung).

Ist die Spannung jetzt also geringer - z.B. 115 Volt, dann dürfte der 
Trafo ja auch "nur" 3 Volt als Potential zwischen den beiden Kontakten 
liefern, wenn der Verlauf linear ist.

Und so kann ich mit einem Voltmeter die Spannung von 0-6 Volt am Trafo 
messen - galvanisch vom 230-Stromnetz getrennt - und darüber dann auf 
die Spannung des Gerätes im 230-Volt-Stromnetz messen?




http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=3;GROUP=C523;...

Typ  Printtrafo

Elektrische Werte
Leistung  2 VA
Betriebsspannung  230 V
Output  2x 6 VAC
Strom  2x 166 mA
Leerlaufspannungsfaktor  1,64
Temperaturklasse  ta 70°/B
Wirkungsgrad  52 %
Prüfspannung  5000 V

: Verschoben durch Admin
Autor: wikireader (Gast)
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Autor: Axel Düsendieb (axel_jeromin) Benutzerseite
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Tintenfisch schrieb:
> Ist folgender Gedankenansatz richtig?

Jain.
Bei einem Trafo für Messzwecke ist eine große Linerarität und ein großer 
Eingangswiderstand wünschenswert. Beides hat der Trafo von Reichelt 
nicht genügend.

Für eine grobe Schätzung reicht es, aber Messen geht anders!


Axel

Autor: Peter R. (pnu)
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Die Messung von Spannungen über einen Transformator hinweg geht 
durchaus, nur müssen Transformatoren für Messzwecke, also mit Fehlern 
von weniger als 1 Prozent, besonders sorgfältig aufgebaut sein, was 
Streuung und Belastungsabhängikeit, Überlastungsverhalten usw. angeht.

In der Starkstromtechnik (Enegieverteilung) hat man für solche 
Messtransformatoren den reservierten Begriff Wandler. In Ausführungen 
als Strom- und als Spannungswandler.

Solch ein Kleinleistungstransformator wie oben genannt, kann durchaus 
für Messzwecke verwendet werden. Wegen der Nichtlinearität des Eisens 
(Sättigung, Verzerrung des Stroms...) wird der Messfehler aber schnell 
ein bis mehrere Prozent betragen.

Autor: Knilch (Gast)
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> Wegen der Nichtlinearität des Eisens
> (Sättigung, Verzerrung des Stroms...) wird der Messfehler aber schnell
> ein bis mehrere Prozent betragen.
Den man aber durch eine mit einem Regeltrenntrafo aufgenommene Messreihe 
wieder herausrechen/kompensieren kann.

Autor: Tintenfisch (Gast)
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Peter R. schrieb:
> In der Starkstromtechnik (Enegieverteilung) hat man für solche
> Messtransformatoren den reservierten Begriff Wandler. In Ausführungen
> als Strom- und als Spannungswandler.

Stromwandler hab ich bereits gefunden, aber Spannungswandler? 
Messtransformator? Wen ich unter Spannungswandler suche, dann kommen so 
Geräte heraus, mit denen ich aus 12 Volt 230 Volt machen kann, also wenn 
ich ein Gerät an der Zigarettenbuchse im Auto betreiben will, aber die 
Dinger meinst Du nicht, oder? Wenn es für messtechnische Zwecke einen 
fertigen Spannungswandler gibt, so finde ich leider keinen geeigneten 
Link zu nem Hersteller. Vielleicht muss es ein Trafo ohne Eisenkern 
sein, ein anderes Material, was besser geeignet ist und wo der Trafo 
über einen hochohmigen Widerstand verfügt? Hochohmig deshalb, damit das 
Messergebnis nicht verfälscht wird, oder?

Autor: bitte löschen (Gast)
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Ich verfolge diesen Thread eher passiv, aber eine Frage habe ich doch:
Willst Du Dich auf den Leerlaufspannungsfaktor verlassen oder willst Du 
das Gerät noch eichen? Womit würdest Du es eichen?
Noch etwas:
Du schreibst, dass Du die Spannung verringern möchtest, um sie auf dem 
Oszi zu betrachten. Ich bin mir nicht sicher, ob das in diesem Fall 
praxisrelevant ist, aber ein 50 Hz-Transformator wird mit hoher 
Wahrscheinlichkeit unterschiedliche Frequenzen unterschiedlich gut 
übertragen und das Störsignale in Richtung Sinus verformen.
Übrigens:
Ich habe schon früher den Tastkopf in die Steckdose gehalten Teiler 1:10 
und Y-Eingang auf 10 V/cm. Mit den 10MOhm (ergibt gut 0,03 mA Spitze) 
löst man den FI noch nicht aus.

Autor: Tintenfisch (Gast)
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Philipp Klostermann schrieb:
> Willst Du Dich auf den Leerlaufspannungsfaktor verlassen oder willst Du
> das Gerät noch eichen? Womit würdest Du es eichen?

Naja, Eichen will ich es nicht, Kallibrierung mit einem Voltmeter.

Was möchte ich tun? Leistungsmessung. Strom-Messung über den 
Stromwandler, Spannungsmessung - dass ist das für mich noch nicht so 
ganz gelöste Problem. Ob ich jetzt die Auswertung mit einem Oszi mache, 
einen AD-Wandler im uC benutze bzw. einen fertigen Datenlogger ..., da 
gibt es die verschiedensten Möglichkeiten - das Problem nur - die 
galvanische Trennung.

Den Strom will ich damit messen: 
http://www.conrad.de/ce/de/product/505257/DIGITALE...

und die Spannung mit ???

Oder kann ich vielleicht auch mit einem Stromsensor die Spannung messen 
über einen Trick?

Autor: Schatzkiste (Gast)
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Ich sage nur: ADE7758

Autor: Skua (Gast)
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Strom an fester Last ist proportional zur Spannung.

Autor: Michael Steinacker (shesira)
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Wenn ich den Thread noch einmal aufgreifen darf. Welchen 
Spannungswandler würdet ihr denn zur Potentialtrennung empfehlen (230 V 
Wechselstrom)? Ich tue mich sehr schwer beim Suchen bei Online-Händlern 
nach geeigneten Bauelementen. Ich kann mir auch eine 1:1 Übersetzung mit 
anschließendem Spannungsteiler anfreunden, jedoch finde ich keinen 
geeigneten Spannungswandler zur Potentialtrennung, der auch einen 
geringen Linearitätsfehler mit sich bringt, damit die Messung der 
Spannung möglichst genau ist.

Vielen Dank für Eure Antworten :-)

Autor: MaWin (Gast)
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Wie genau muss es denn sein ?

Ein normaler kleiner Trafo mit einem Widerstand als Belastung für 
NENNBELASTUNG (damit du nicht die Leerlaufspannung misst) wird nicht 1% 
schaffen, aber besser als 10% sein.
Bei 1/10 Nennbelastung wird er zwar grössere konstante Abweichungen 
haben (z.B. immer 3% mehr anzeigen) aber eine bessere Dynamik (bleibt 
also bei Eingangssannungen von 50V bis 250V linearer).

Autor: Jürgen Franz (unterstrom)
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Hallo,
das Problem bei deiner Anwendung ist die Nichtlinearität des Trafos, die 
hauptsächlich aus der Magnetisierungskurve des Trafobleches resultiert. 
Kleine Trafos treiben den Kern in den Scheitelpunkten der Spannung schon 
in den Kennlinienknick, was sich dann als Messfehler bemerkbar macht. Du 
brauchst also einen Trafo, der weit von Sättigungsknick weg betrieben 
wird. Diese Effekte fangen so ca. bei 75% der Nennspannung an. Wenn Du 
einen Trafo für 400V findest, ihn aber nur bei 230V betreibst, müsste 
der "Wandlereigenschaften" haben.
Eine andere Möglichkeit wäre mehrere gleiche 230V Trafos primär und 
sekundär in Reihe schalten. Da der Sättigungsbereich den Innenwiderstand 
erhöht müsste sich diese Reihenschaltung sogar selbständig symetrieren.

Jürgen

Autor: Michael Steinacker (shesira)
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Hallo ihr beiden. Danke für eure Antworten.

Die Abweichung sollte schon unterhalb von 1% sein.

Eine konstante Abweichung wäre ja nicht so schlimm, die könnte man ja 
zum Schluss heraus rechnen durch eine Fehlerkompensation.

Das mit den unterhalb der 75% der Nennspannung klingt sehr gut, da werde 
ich mich mal umschauen, ob ich einen passenden Trafo für 400V finde.

Die andere Möglichkeit mit mehreren Trafos in Reihe klingt auch sehr 
gut. Doch klingt diese Möglichkeit einerseits sehr teuer, andererseits 
haue ich mir da nicht eine Phasenverschiebung rein?

Mein Anwendungsfall ist die Messung elektrischer Paramater in einem 
3-Phasen-System. Dazu gehören die RMS Werte für Strom und Spannung, 
Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie die dazu gehörigen Energien bis 
hin zum Leistungsfaktor und den Harmonischen.

Ich habe auch schon 2 richtige mögliche Wandler gefunden. Der eine 
Wandler liegt aber in einem Preisbreich, den ich nicht bezahlen kann:

http://de.farnell.com/lem/lv-25-p/spannungswandler...

73€ pro Wandler. Die Platine soll zum Schluss nicht mehr als 100€ kosten 
(Einzelbauteile).

Ein weiteres Fabrikat habe ich hier gefunden:

http://www.ecvv.com/product/1810867.html#

Die technischen Daten sehen gut aus, jedoch finde ich keinen renomierten 
Distributor, der das Zeug vertreibt und auch keinen Preis (Eine Anfrage 
habe ich bereits gestellt).

Michael

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Jürgen Franz (unterstrom)

>hauptsächlich aus der Magnetisierungskurve des Trafobleches resultiert.

Ja.

>Kleine Trafos treiben den Kern in den Scheitelpunkten der Spannung schon
>in den Kennlinienknick,

Nein. Das Maximum der Magnetisierung erreicht man im Nulldurchgang der 
Spannung. Die Magnetisierung eilt 90 Grad nach. Siehe [[Transformatoren 
und Spulen]].

MfG
Falk

Autor: MaWin (Gast)
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> Mein Anwendungsfall ist die Messung elektrischer Paramater
> in einem 3-Phasen-System

Dann solltest du die Spannung (per Spannungsteiler) direkt messen,
galvanisch nicht getrennt.

Falls du die gemessenen Werte weiterleiten musst und dazu eine 
galvanische Trennung braucht, mach das nach dem digitalisieren, z.B. per 
Optokoppler.

Ja, man braucht dann 2 Stromversorgungen, aber das ist immer noch 
weniger Aufwand als 3 Messübertrager.

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Michael Steinacker schrieb:

> Ich habe auch schon 2 richtige mögliche Wandler gefunden. Der eine
> Wandler liegt aber in einem Preisbreich, den ich nicht bezahlen kann:
>
> http://de.farnell.com/lem/lv-25-p/spannungswandler...

Da selbst dieser spezielle Wandler nur eine Genauigkeit von
0,9% bietet, wirst Du Dich wohl von den geforderten 1% mit
Standardtrafos verabschieden müssen.
Gruss
Harald

Autor: Michael Steinacker (shesira)
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@MaWin

So eine Lösung habe ich auch schon in Betracht gezogen, jedoch wollte 
ich eigentlich eine galvanische Trennung vor dem IC. Aber die Lösung mit 
Optokopller ist eleganter, oder? Also in Hinsicht auf Preis und 
Genauigkeit, oder? Genau diese Lösung wird auch in dem Datenblatt bzw. 
im Referenzdesign für ein solches Messystemvorgeschlagen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Michael Steinacker (shesira)

>Genauigkeit, oder? Genau diese Lösung wird auch in dem Datenblatt bzw.
>im Referenzdesign für ein solches Messystemvorgeschlagen.

Dann wird da wohl was dran sein.

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Michael Steinacker schrieb:

> Aber die Lösung mit
> Optokopller ist eleganter, oder?

Du kannst mit Optokopplern Analogsignale nicht mit hoher
Genauigkeit übertragen. Du brauchst also vor dem OK noch
einen Spannungsfrequenzwandler o.ä.
Gruss
Harald

Autor: Michael Steinacker (shesira)
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@Harald: Du meinst damit sicher, dass ich das analog Signal im 
AD-Wandler meines Controllers wandeln und dann die digitalen Signale per 
Optokoppler übertragen soll, oder?

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Michael Steinacker schrieb:
> @Harald: Du meinst damit sicher, dass ich das analog Signal im
> AD-Wandler meines Controllers wandeln und dann die digitalen Signale per
> Optokoppler übertragen soll, oder?

So ist es. Man kann zwar mit Doppel-OK auch Analogsignale übertragen,
zumindest in längerer Zeit wirst Du da aber keine 1% erreichen.
Gruss
Harald

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