Stromübertrager phasenversatz?

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

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

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

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

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

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

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

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