WOMA HAMEG WM8040-XL Mooardskiste

[Marc W. (kniwwel76)]

WM8040-XL Mooardskiste
Eckdaten:
· Wechselspannung UAC: 0.1mV – min.600V (0.01Hz-100kHz)
· Wechselstrom IAC : 0.1uA - 7A
· Gleichspannung UDC : 0.1mv – 1‘000V
· Gleichstrom IDC : 0.1uA – 10A
· Symmetrische Spannungsquelle : einstellbar 1.25V – 30V mit stufenlosem 
Abgriff von U- bis U+
· Belastungsanzeige der beiden Versorgungsspulen der Hm8001 / Hm 8001-2
· Resetierbare PTC-Absicherung der beiden Versorgungsspulen mit 
Auslöseanzeige. Einstellbar auf 0.8A für das Hm8001-2 und 0.6A für die 
Hm8001

Vorweg…
NEIN , es ist kein Netzteil sondern ein Strom-Spannungsgeber zum 
Kalibrieren und Testen von Messgeräten. Es ist wohl als Netzteil in der 
40W Leistungsgrenze des Hm8001-2 nutzbar aber ich bin schon froh wenn 
alles ohne Last hält!
JA, die Kiste ist gefährlich! Einige Teile sind nicht für die erreichten 
Ströme und Spannungen ausgelegt (was erklärt dass Sie unter Last nicht 
halten). Die "Mooardskiste" wird jeden Abend weggesperrt und in meinem 
Testament habe ich dessen Zerstörung angeordnet!
Baulich ist es jetzt im Stadium einer erfolgreichen Machbarkeitsstudie. 
Diese gewurschtelte Bauweise machte intensives Modifizieren im Bau und 
somit das Resultat überhaupt erst möglich. Jetzt müsste man damit 
anfangen einen sauberen Prototyp zu bauen (mach ich aber nicht).

Der Bedarf:
Beim Kalibrieren und Testen von Messgeräten benötigt man gewöhnlich 
Spannungen von 0-1000V und Strömen 0-10A (AC und DC) die man relativ 
präzise einstellen möchte.
Um all diese Werte zu erreichen musste ich bisher meinen „Testling“ 
zwischen 4-5 verschieden Geräten hin- und herbewegen die aus Platzmangel 
auf verschiedenen Arbeitsplätzen verteilt sind.
Außerdem hatte ich mir eine Schaltung verbraten weil ich mir eine 
symmetrische Gleichspannung mit dem Hm8040-3 gebastelt hatte und am 
falschen Rad gedreht hatte. Daher sollte eine einstellbare symmetrische 
Spannungsquelle auch noch rein. Mit der Möglichkeit stufenlos zwischen 
U+ und U- Spannungen abzugreifen.
Ein kleines handliches Gerät das in die HAMEG-Grundgeräte passt schwebte 
mir da vor. Leistung braucht es ja nicht wirklich weil man beim Testen 
und Kalibrieren Spannung im Leerlauf und Ströme im Kurzschluss messen 
kann.
Außerdem kribbelt es seit jeher mal zu testen was man aus dem Hm8001-2 
raus- und in die Leergehäuse rein kriegt!
Präzision beim Kalibrieren kommt von einem dazugeschalteten HP34401A das 
ich vor drei Jahren mal professionell mit Brief und Siegel Kalibrieren 
ließ. (DAS MUSS REICHEN FÜR HOBBY-KALIBRIERER!  )
Um die Hm800X nicht zu überlasten sollten die Spulen per PTC-Sicherungen 
geschützt werden und damit es geil aussieht (WICHTIG!!!) auch noch eine 
Belastungsanzeige haben!

Der Ansatz:
Man nutz die Wechselspannung der beiden Spulen des HM8001-2 um eine 
symmetrische Gleichspannung von etwa + und - 40V zu erzeugen.
Diese speist man in einen OPV „mit etwas Wumms“ der als Umkehrverstärker 
geschaltet ist. Mit variabler Verstärkung und einer abgegriffenen 
Netzspannung (oder Frequenzgenerator) am Eingang erzeugt man eine 
variable Wechselspannung.
Mit einem Transformator, erhöht man dann die Spannung und reduziert den 
Strom, oder schließt es anders herum an, und erhöht den Strom und 
reduziert die Spannung über das Übersetzungsverhältniss.
Der große Vorteil im Gegensatz zu einer PWM-Vollbrücke ist dass man von 
0-600V einen perfekten Sinus (Klirrfaktor 0.05 bei 150Hz und 0.11 bei 
50Hz!) erhält ohne jegliche Spannungsspitzen und kann somit auf große 
Spulen und Kondensatoren zum Filtern verzichten. Außerdem braucht man 
nur ein Bauteil im TO-220-Format.
Anfangs wollte ich die hohen Gleichspannungen/ströme aus der 
hochtransformierten Wechselspannung gleichrichten. Das war aus 
verschiedenen Gründen aber nicht realisierbar und so habe ich mich für 
China-Zerhacker-Fertig-Module entschieden die das besser und einfacher 
machen.

Wen es interessiert, hier mehr Details:

Versorgungsspannungen:
Aus dem Hm8001-2 kann man mit den beiden Hauptspulen ein Wechselspannung 
von 2*27VAC resp 1*54VAC ziehen die man dann zu einer symmetrischen 
Gleichspannung von etwa +38 und -38 VDC gleichrichten kann. Die bricht 
zwar unter Last recht schnell ein aber das kam mir sogar entgegen da 
einige Bauteile die +/-38V eh nicht vertragen.
Für OPVs und andere Steuer- und Anzeigebauteile braucht man außerdem 
+5VDC die man direkt aus dem Grundgerät bekommt und -5VDC die ich mit 
der 9VAC-Spule erzeugt habe.

Absicherung:
Um nicht andauernd Sicherungen wechseln zu müssen habe ich PTC (PFRA) 
verbaut.
Im Test haben die bei sattem Kurzschluss der beiden Spulen in 11mS (was 
wohl einer flinken Schmelzsicherung entspricht?) abgeschaltet und beugen 
auch thermischer Überhitzung bei längerer Last vor.
Weil die Hm8001 nur 0.6A und die Hm8001-2 0.8A vertragen sind es 2 in 
Serie geschaltet PTC und das „0.6A-Model“ wird mit einem Schalter an der 
Front kurzgeschlossen.
Die Auslösung wird mit einer etwas unüblichen Schaltung mit einer 
Z-Diode und einem weiteren PTC mit einer LED zuverlässig angezeigt.
Aus Sicherheitsgründen sind Glassicherungen dazwischengeschaltet, haben 
aber seit dem die PTC-Schaltung funktioniert noch nie ausgelöst.

Lastanzeige:
Der Spulenstrom wird über eine Leitung mehrmals durch eine 
Stromspannungswandler-Spule geleitet und die erzeugte Spannung über 
einen Instrumentenverstärker INA121 verstärkt, die negative Welle 
abgeschnitten und mit einem RC-Glied geglättet. Danach wird dieses 
Signal an ein „Lm3914 Bar Display Driver“ gegeben der die Belastung dann 
über eine 10-Balken-Anzeige darstellt. Maximalstrom (blinken aller LEDS) 
wird experimentell über den Instrumentenverstärker auf 0.8A eingestellt.

Umschalten der Module:
Die Speisung der verschiedenen Module und die Einstellung der 
auszugebenden Werte mit einem 10-Gang-Poti wird über 4-polige 
Kippschalter verteilt.

Modul AC 0-27V 0-100kHz
Das Hetzstück des Gerätes ist ein Hochleistungs-OPV OPA548 (+/-30V 3A).
Dieser wird als Umkehrverstärker beschaltet und man leitet am Eingang 
mit einem variablen Abgriff der Trafospannung ein 
50Hz-Netzspannungssignal in den OPV. Mit einem 10-Gang-Poti kann nun am 
Ausgang eine 50Hz-Wechselspannung wischen 0-27VAC bei +/-1.5A 
eingestellt werden.
Den Stellbereich der Verstärkung kann man an einem Trimmer an der Front 
einstellen.
Der Ausgansstrom ist per Beschaltung des OPV auf 1,5A begrenzt und 
zusätzlich durch einen PTC mit Auslöse-Anzeige abgesichert.
Benutzt man einen Frequenzgenerator als Einganssignal kann man auch 
wischen 0 und 100kHZ Wechselspannungen erzeugen. Da ich mir aber bei 
Tests des Frequenzbereichs einen OPV verbraten habe belasse ich es jetzt 
wischen 10HZ und 200Hz.
Die Höhe des Eingangssignals kann man über eine Trimmer an der Front 
zwischen 0 und 27V einstellen um so auch Wechselstrom- und 
Wechselspannungswerte im mV und uA Bereich zu erzeugen.
Über den Eingangschalter kann man auch ein 100mV DC-Signal auf den OPV 
geben und so auch Gleichspannungen und Gleichströme im mV und uA Bereich 
erzeugen.

Modul AC 0-600V 0-7A
Die vom OPV erzeugte Wechselspannung gibt man in einen Ringkerntrafo 
230V / 2*6V 100VA, schließt die beiden sekundär Wicklungen parallel und 
erhält dann ein Übersetzungsverhältnis von etwa 1:40 mit einem 
Maximalstrom von 16A.
Speist man die 27VAC in die Primärwicklung ein, erhält man 
sekundärseitig 0.6VAV bei 60A. Theoretisch… unter idealen Umständen 10A, 
am Gerät erzeugt 7A, real gemessen 5A. Hier wäre sicher noch mehr drin 
wenn man den Innenwiderstand des Gerätes reduzieren würde. Bei Tests am 
Anfang der Entwicklung hatte direkt am Trafo ich hier wirklich 10A 
erreicht.
Speist man die 27VAC in die Sekundärwicklung ein, erhält man 
primärseitig 1080VAC bei 40mA. Theoretisch… Ab 240V 50Hz erreicht der 
Eisenkern Sättigung und der primär Strom steigt unzulässig. Dies zeigt 
sich durch ein immer stärker werdendes Surren und dann löst auch recht 
schnell der Überlastschutz aus. Ich vermute dass das Auslösen der 
Stombegrenzung des OPV in der Spule das Surren erzeugt?
Erhöht man die Frequenz aber auf 150HZ erreicht man die 600V mit recht 
wenigen Verzerrungen. 150Hz sind nicht ideal zum Messen, aber die 
meisten Messgeräte haben sehr viel höhere Bandbreiten.
Weiter als 600V hab ich mich bisher nicht getraut!
Die Umschaltung des Trafoeinspeisung geschieht über ein (fast) passendes 
Miniatur-Leistungsrelais. Schalten im Betrieb geht, vermeide ich aber.

Modul DC Verstellbare Symmetrische Spannung:
Die +38VDC werden auf einen Lm317 und die -38V auf einen Lm337 gegeben. 
Die können dann mit einem „Stereo-Potentiometer“ simultan zwischen 
jeweils 1.25 und 37V eingestellt werden und über 7 Segmentanzeigen 
angezeigt werden. Die Differenzen in der Symmetrie können mit einem 
Trimm Poti an der Front behoben werden.
Die Spannungen habe ich über die LM317/LM337 Beschaltung auf 32V 
begrenzt da der nachgeschaltete OPV nur 30V verträgt
Modul DC Variabler Abgriff zwischen U+ und U-:
Die erzeugte symmetrische Spannung wird direkt auf das 10-Gang-Poti 
gegeben und auch als Versorgungsspannung für einen Hochleistungsspannung 
OPV OPA548 benutzt.
Der Abgriff des Potentiometers wird direkt auf den als Impedanzwandler 
geschalteten OPV gegeben und so erhält man eine mit dem 10-Gang-Poti 
zwischen U+ und U- stufenlos einstellbare Spannung die bis 1,5 A reichen 
dürfte. Um den recht teureren OPV und die Spannungsregler zu schützen 
habe ich den Strom aber über die Beschaltung des OPV auf 500mA begrenzt.
Weil die verbauten Mini-7-Segmentanzeigen nur positive Spannungen 
anzeigen können musste ich eine recht aufwendige Umschaltung der 
gemessenen Spannung per OPV, Transistor, und Relais einbauen. Darüber 
wird auch der Minus-strich angezeigt.

Modul DC 0 - 1000V
Es handelt sich um billiges China-Zerhacker-Fertig-Modul.
Da der Ausgangsspannung-bereich, der per Poti eingestellt werden kann, 
in direkter Abhängigkeit zur Eigenspannung steht, wird ein LM317 über 
einen Kippschaler so beschaltet das man zwischen 2.7V, 4V und 10V wählen 
kann. So erhält man 3 Stellbereiche von 70-140V, 110-360V und 300V und 
1200V.
Um die Ausgangsspannung zu glätten habe ich noch einen 1uF- Kondensator 
dazugeschaltet.

Modul DC 0-10A
Auch hier handelt es sich um ein billiges China-Zerhacker-Fertig-Modul 
das mich durch seine Leistungen überrascht hat.
Mit den etwa 70V der Versorgungsspannung erzeugt es mit den zur 
Verfügung stehenden +/- 40W zuverlässig alles zwischen 0 und 45V und 0 
und 12A was man will ohne das das kleine Ding großartig überhitzt.
Mit dem 10-Gang-Poti kann man den Strom stufenlos zwischen 0 und 10A 
verstellen und an der Front gibt es einen Trimmer mit dem man die 
Spannung zwischen 0 und 45V einstellen kann.
Allerdings entstanden durch die beiden 1800uF-Kondensatoren der 
Spannungsversorg hier beim Einschalten Stromspitzen bis 90A! die die 
Kontakte der Kippschalter festschweißten und so Kurzschlüssen 
verursachten. Das konnte aber durch einen seriell geschalteten NTC 
leicht behoben werden.