umrichtertaugliche leistungsmesssysteme€¦ · der spannungsabfall ist vergleichsweise groß und...
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Umrichtertaugliche
Leistungsmesssysteme
Horst Bezold
SIGNALTEC GmbH, Nürnberg
1
Uni Wuppertal, 25.09.2013 2 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
• Entwicklung, Fertigung und Vertrieb von Stromwandlersystemen
• Projektierung von Leistungsmesssystemen
• Enge Partnerschaft mit YOKOGAWA und AKL Kalibrierlabor
Über SIGNALTEC
Zusammen bieten wir eine einzigartige Produkt-Service-Lösung für die Leistungs-
messung bis in den MW-Bereich.
SIGNALTEC Stromwandlersysteme AKL Kalibrierlabor YOKOGAWA Leistungsmessgeräte
Uni Wuppertal, 25.09.2013 3 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Über SIGNALTEC
Warum ist SIGNALTEC
als Stromwandlerlieferant
so wichtig für die
Leistungsmesstechnik ?
Uni Wuppertal, 25.09.2013 4 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Über SIGNALTEC
Die präzise Messung von
Strom und Leistung am
Frequenzumrichterausgang
ist ohne unsere
Nullflussstromwandler
(beinahe) unmöglich !
Uni Wuppertal, 25.09.2013 5 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Über SIGNALTEC
Umrichterspannung u(t)
Zwischenkreisspannung ~ 500 V
Anstiegszeit ~ 10.000 V/μs
Motorstrom i(t), beinahe sinusförmig
-1.2
-0.7
-0.2
0.3
0.8
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41
-1.2
-0.7
-0.2
0.3
0.8
du
dt
du/dt ~ 10kV/μs
Uni Wuppertal, 25.09.2013 6 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Über SIGNALTEC
Probleme durch Gleichtaktstörungen (HF Ströme gegen Masse)
C
Stromkanal
SHUNT
Beispiel Leistungsmessung mit „externen“ Hochstromshunts:
• Spannungsabfall an Shunt meist nur wenige mV
• Strom durch Shunt zwar annähernd sinusförmig doch liegt Shunt auf springen-
dem Umrichterpotenzial
Der Spannungsabfall des Gleichtaktstroms
verfälscht das Messergebnis
Bei einer typischen Anstiegszeit
von du/dt von 10kV/µs und einer
typischen Kanalkapazität gegen
Gehäuse von 0,1 nF resultiert ein
Gleichtaktstrom von:
I= C • du / dt
I= 0,1 • 10-9 • 10000 / (1•10-6)
I = 1 Apk
Durch die parasitären Kapazitäten im
Messgerät kommt es zu hochfrequenten
kapazitiven Ableitströmen (Gleichtaktstörung).
Uni Wuppertal, 25.09.2013 7 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Über SIGNALTEC
Der größte Teil des Gleichtaktstromes fließt über den Zusatzschirm direkt zum Messgerätegehäuse ab. Er beeinflusst das Ergebnis nicht.
• Heute – Verwendung von galvanisch
getrennten Präzisionswandlern
(DCCT) mit geringer Koppelkapazität
C
SHUNT
GUARD
Current channel
Die internen Shunts im Leistungsmessgeräte sind bezüglich des Gleichtakteinflusses wesentlich
unproblematischer. Der Spannungsabfall ist vergleichsweise groß und die Leitungen zwischen Shunt und
Eingangsverstärker nur wenigen Millimeter lang.
Abhilfe:
• Früher – Zusätzlicher Schirm (GUARD-Technik)
Uni Wuppertal, 25.09.2013 8 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
• Grundlagen Leistungsmesstechnik - Wirkungsgrad und Verluste
- Was ist ein elektrisches Watt?
- Winkelfehlereinfluss
- Frequenzbereich
•Messbereichserweiterung mittels Stromsensoren - Stromwandlertechnologien
- Nullflusswandler
• Power Meter Funktionen - Harmonischenanalyse
- FFT-Analyse
- Scope-Funktion
- Trend-Funktion
- Rechnen mit Messwerten
- Rechnen mit Abtastwerten
- Highspeed-Leistungsmessung
- Motor-Option
- Filterfunktionen
Agenda
Uni Wuppertal, 25.09.2013 9 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Grundlagen
Leistungsmesstechnik
Uni Wuppertal, 25.09.2013 10 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Wirkungsgrad und Verluste
Warum ist es so wichtig die Leistung mit größtmöglicher Genauigkeit zu messen?
1. Die Berechnung von Umrichter- und Motorverlusten ist eine differenzielle Messung.
Verluste können nicht direkt gemessen werden.
2. Die Wirkungsgrade von Umrichtern und Motoren sind meist sehr hoch (> 90 %)
M, n DC / 3~ AC 3~ AC
Verlustberechnung erfordert eine Messkette höchster Präzision
PV = PE - PA Ausgang
95 ± 0,095 W Last
Eingang
100 ± 0,1 W
Beispiel: Genauigkeit der Verlustmessung bei
- 95 % Wirkungsgrad
- Eingangsleistung 100 W
- Leistungsmessgenauigkeit 0,1 %
Ergebnis (Worst Case)
Wahrer Wert: 5 W
Messergebnis: 4,805 W … 5,195 W
Fehler für Verluste: 3,9 %
Uni Wuppertal, 25.09.2013 11 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Wirkungsgrad und Verluste
Verlustberechnung erfordert eine Messkette höchster Präzision
WT1800 Kalibrierprotokoll (Rekalibrierung nach 2 Jahren)
Typischerweise 20 mal genauer als Datenblatt
MCTS 1000 Kalibrierprotokoll, Fehler -0,001 % bei
Vollaussteuerung, < 0,006 bei 5 % Aussteuerung
Ein störsicherer Aufbau des Prüfstandes ist oft wichtiger als die Genauigkeit der eingesetzten Messtechnik
Uni Wuppertal, 25.09.2013 12 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Was ist ein elektrisches Watt?
P = 1/T • 0T p (t) dt
mit p (t) = u (t) • i (t) Abtastwert u (t) Abtastwert i (t) Rechenwert p (t)
Die beiden Signale u (t) und i (t)
müssen absolut zeitgleich
abgetastet und multipliziert
werden.
Die Genauigkeit der
Wirkleistung ist abhängig von:
• Genauigkeit der Abtastwerte
• Zeitverzug (Winkelfehler)
zwischen U- und I-Abtastung
• Fehler bei Bestimmung des
Mittelungsintervalls T
T
Uni Wuppertal, 25.09.2013 13 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Winkelfehlereinfluss
Ein Winkelfehler des Messsystems resultiert in einem
falschen Phasenwinkel φ Wirkleistungsfehler
P = 1/T • 0T p (t) dt mit p (t) = u (t) • i (t)
u (t) i (t)
p (t)
Problem: Je niedriger der tatsächliche Leistungsfaktor, umso größer ist der
Einfluss des Winkelfehlers
Bereich 1 (PF = 1,0, φ = 0°):
Winkelfehler von 0,1° verschiebt φ von 0°
auf 0,1°
cos (0,1°) = 0,9999985
Leistungsfehler: 0,000015 %
Bereich 2 (PF = 0,1, φ = 84,261°):
Winkelfehler von 0,1 ° verschiebt φ von 84,261°
auf 84,361°
cos (84,361°) = 0,0983
Leistungsfehler: 1,7 %
Active Power P versus Phase Angle Phi
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Phi
P
1
2
Uni Wuppertal, 25.09.2013 14 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Frequenzbereich
DC im Zwischen- bzw. Batteriekreis
< 1 Hz bis > 2 kHz Grundfrequenz
Einige kHz bis ca. 20 kHz Schaltfrequenz
Einige MHz in der Spannungsflanke
Wegen der Motorimpedanz ist I weniger
verzerrt als U
Uni Wuppertal, 25.09.2013 15 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Frequenzbereich
Wegen der Motorimpedanz ist I weniger
verzerrt als U.
Nur Harmonische gleicher Ordnungszahl
(Frequenz) resultieren in Wirkleistung.
Die Grundfrequenzanteile der Leistung
liegen meist deutlich über 90 %.
Ein Leistungsmesssystem für FU‘s sollte
möglichst präzise im Bereich DC bis ca. 5
kHz messen und die Schaltfrequenz und
deren Harmonische bis ca. 50 kHz erfassen.
U
I
P
U
I
Uni Wuppertal, 25.09.2013 16 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Messbereichserweiterung
mittels
Stromsensoren
Uni Wuppertal, 25.09.2013 17 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Stromwandler
Stromwandlertechnologien
Transformatorischer Wandler:
• mittlere Genauigkeit > 0,1 %
• geringe Bandbreite
• nicht DC - fähig
Nicht Umrichtertauglich
Rogowskispule:
• geringe Genauigkeit > 1 %
• hohe Bandbreite > 1 MHz
• nicht DC - fähig
Zu ungenau für die Leistungsmessung
Impulsstromwandler:
• geringe Genauigkeit > 1 %
• hohe Bandbreite > 10 MHz
• nicht DC - fähig
Zu ungenau für die Leistungsmessung
Uni Wuppertal, 25.09.2013 18 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Stromwandler
Stromwandlertechnologien
I = C • du/dt = 1A
bei 0,1 nF und 10 kV/µs
Hallsensorwandler:
• mittlere Genauigkeit > 0,5 %
• mittlere Bandbreite > 100 kHz
• AC + DC - fähig
Zu ungenau für die Leistungsmessung
Koaxialshunt:
• hohe Genauigkeit
• hohe Bandbreite > 1 MHz
• AC + DC – fähig
• keine galvanische Trennung, CMR !
Nur in der Niederspannung
Nur als Triaxialshunt für Leistung geeignet
Uni Wuppertal, 25.09.2013 19 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Stromwandler
Anforderungen an einen Stromwandler für die Leistungsmessung am
Umrichterausgang:
• Hohe Bandbreite DC bis einige 100 kHz
• Höchste Amplitudengenauigkeit im ppm Bereich
• Geringer Phasenwinkelfehler
• Geringer Offset
• Galvanische Trennung hohe Gleichtaktunterdrückung
Nullflusswandler
Uni Wuppertal, 25.09.2013 20 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Primärstrom
AC Sense
Wicklung
DC Sense Schaltung
Kompensations-
wicklung
DC Messung beruht auf den
nichtlinearen Eigenschaften
eines gesättigten Magnetkerns
Rechteckspannung am Oszillatorausgang
Resultierender Strom Ipk+ = Ipk- (Vpk+ = Vpk-) im Fall
DC = 0
Asymmetrischer Strom Ipk+ ≠ Ipk- (Vpk+ ≠ Vpk-) wenn
DC ≠ 0 (Differenz proportional zum DC-Level)
Uni Wuppertal, 25.09.2013 21 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
IT - Wandlerspezifikationen
Uni Wuppertal, 25.09.2013 22 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Einzelwandler und Mehrkanalsysteme
60 Arms … 1000 Arms
Hochstromsysteme
2000 Arms und 5000 Arms (24 kArms)
Uni Wuppertal, 25.09.2013 23 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Beispiel 1: Frequenzbereich Wandler IT 1000-S/SP1 (MCTS 1000)
Uni Wuppertal, 25.09.2013 24 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Beispiel 2: IT Wandler (MCTS) bei geringster Aussteuerung (AC)
5 A, Filter OFF
I1rms: Direkte Messung WT1800
I2rms: Wandlerausgang IT 60-S
I3rms: Wandlerausgang IT 200-S
I4rms: Wandlerausgang IT 400-S
I5rms: Wandlerausgang IT 700-S
I6rms: Wandlerausgang IT 1000-S/SP1
U1 … U6 synchronisiert zu I1 … I6
Uni Wuppertal, 25.09.2013 25 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Beispiel 2: IT Wandler (MCTS) bei geringster Aussteuerung (AC)
1 A, Filter OFF 1 A, 1 MHz Filter ON
Uni Wuppertal, 25.09.2013 26 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Beispiel 2: IT Wandler (MCTS) bei geringster Aussteuerung (AC)
100 mA, 100 kHz Filter ON
Uni Wuppertal, 25.09.2013 27 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Beispiel 3: Messung von verzerrtem Stromsignal mit 5000 A Wandler
2 CH
Funktions-
generator
Strom-
verstärker
CTS 5000
mit 10
Windungen
Wattmeter
WT1800
Uni Wuppertal, 25.09.2013 28 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Beispiel 3: Messung von verzerrtem Stromsignal mit 5000 A Wandler
CTS 5000: Messung 25 Arms, 25 Hz Grundschwingungsstrom
überlagert mit 15 kHz Oberschwingung mit WT1800 (2 MSamples)
Mischsingnal
Abweichung zwischen
direkter Strommessung
und Wandlerausgang
~ 0,1 %
Uni Wuppertal, 25.09.2013 29 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Beispiel 3: Messung von verzerrtem Stromsignal mit 5000 A Wandler
15 kHz Oberschwingung
Direkte Strommessung
und Wandlerausgang
absolut deckungsgleich
CTS 5000: Messung 25 Arms, 25 Hz Grundschwingungsstrom
überlagert mit 15 kHz Oberschwingung mit WT1800 (2 MSamples)
Uni Wuppertal, 25.09.2013 30 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Nullflusswandler
Kalibrierprotokoll MCTS 1000
Amplitude: < 0.006 % v. MW, Range 5 … 100 %
Winkelfehler: < 0.33 min., Range 5 … 100 %
Kalibrierprotokoll CTS 5000
Amplitude: < 0.011 % v. MW, Range 5 … 100 %
Phase Shift: < 0.54 min., Range 5 … 100 %
Uni Wuppertal, 25.09.2013 31 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Fachartikel zu den Wandlern in
Bodo‘s Power Systems
Oktober 2010
Download unter
www.signaltec.com
Nullflusswandler
Uni Wuppertal, 25.09.2013 32 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
WT1800 & WT3000
Uni Wuppertal, 25.09.2013 33 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Harmonischenanalyse
Die Harmonics-Funktion rechnet aus den Samplewerten und der genauen Grund-
frequenz (PLL-synchronisiert) die ganzheitlichen vielfachen Signalkomponenten.
Vorteil:
- schnell
- genau
Harmonischenanalyse von U1 und
I1 bis zur 20-ten Oberschwingung
gemessen mit WT3000
Nachteil:
- Interharmonische, wie Schaltfrequenzen werden nicht erfasst
Die Harmonischenanalyse über eine
genaue PLL-Synchronisierung erfordert
meist eine eigene Filterfunktion nur für
die Frequenzmessung.
Uni Wuppertal, 25.09.2013 34 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Harmonischenanalyse
Ein Fehler in der Frequenzmessung (Periodendauer) resultiert in einem Fehler bei
der Harmonischenberechnung und damit zusätzlichen Spektralanteilen
(Abbruchfehler)
Extrembeispiel:
Berechnung zusätzlicher
Harmonischer bei Rechnung
über nur eine Signalperiode
(20 ms) und einer um tm
verkürzten Periodendauer.
Uni Wuppertal, 25.09.2013 35 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Harmonischenanalyse
Da die Harmonischenanalyse geringeren Rechenaufwand hat als eine FFT über den
kompletten Frequenzbereich und weil sie auf die Grundschwingung synchronisiert ist,
ist die Harmonics viel schneller und genauer als eine FFT.
Darstellung numerisch, als Balkendiagramm oder als Vektordiagramm
Parameterliste U, I, P, φ. Vektor nützliches Tool zur
Überprüfung des Wirings.
Schaltfrequenzen am Umrichterausgang werden nur erfasst, wenn diese ein
ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz sind. FFT hier besser geeignet.
Uni Wuppertal, 25.09.2013 36 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Harmonischenanalyse
Für Wirkleitung gilt: Nur Harmonische gleicher Ordnungszahl von U und I erzeugen
eine Wirkleistung.
PHn = UHn • IHn • cosφHn
Uni Wuppertal, 25.09.2013 37 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Harmonischenanalyse
φ = 37,3°
Falsch
φH01 = -28,9°
Richtig
Anwendungsbeispiel: Phasenverschiebung φ (φH01) zwischen verzerrten Signalen
Eine Phasenverschiebung ist nur zwischen Sinus-
signalen definiert.
cosφH01 = λH01 = PH01 / SH01
φH01 = arccos PH01 / SH01
φ ≠ arccos λ
Messung von φ am Umrichter unbedeutend.
Uni Wuppertal, 25.09.2013 38 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Harmonischenanalyse
WT1800
• Harmonischenanalyse bis H500
• Gleichzeitige Messung von breitbandi-
gen Werten und Rechnung von
Spektralanteilen.
• Numerisch, Balken, Vektor
• Einzigartige “Dual-Harmonics”
WT3000
• Harmonischenanalyse bis H100
• Gleichzeitige Messung von breitbandi-
gen Werten und Rechnung von
Spektralanteilen.
• List, Balken, Vektor
Uni Wuppertal, 25.09.2013 39 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
FFT-Analyse
• Die FFT-Analyse rechnet alle im Signal beinhalteten Frequenzanteile
• Die FFT ist nicht synchronisiert auf die Grundschwingung Abbruchfehler
• Die Genauigkeit nimmt mit Anzahl der Samplewerte zu
• Der Abbruchfehler nimmt mit der Anzahl der ausgewerteten Perioden ab
• Deutliche langsamer als Harmonischenanalyse, man sieht aber auch Zwischen-
harmonische und Schaltfrequenzen
FFT von U und I mit WT3000
Uni Wuppertal, 25.09.2013 40 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Der Abbruchfehler kann durch Messung über mehrere
Perioden und durch “Fensterung” minimiert werden.
Triangle
Hanning
Rectangular
Fensterung:
Gewichtung von
Samplewerten
FFT eines Sinussignals.
Fensterung mit Rechteck
und Hanning.
Hamming
Blackman Lanczos
Power Meter Funktionen
FFT-Analyse
Uni Wuppertal, 25.09.2013 41 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
WT1800
• Nicht verfügbar
WT3000
• FFT von U, I, P, M
• 20 kSamples – schneller, geringere Auflösung
• 200 kSamples – langsamer, höhere Auflösung
• Rechteck-, Hanning-, Flattop-Fensterung
Power Meter Funktionen
FFT-Analyse
Uni Wuppertal, 25.09.2013 42 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Scope-Funktion
WT1800
• 2 MSamples
• u, i, m
• Nicht zum Auslesen
WT3000
• 200 kSamples
• u, i, p (mit Math-Funktion), m
• Daten über Interface übertragbar
Uni Wuppertal, 25.09.2013 43 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Trend-Funktion
WT1800
WT3000
Uni Wuppertal, 25.09.2013 44 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Rechnen mit Messwerten
Ein Beispiel wäre die Berechnung des Grundschwingungswirkungsgrades. Wie
verhält sich eine Umrichtermaschine am 50 Hz-Netz?
η = PM / P aber ηH01 = PM / PH01 (Grundschwingungswirkungsgrad)
Die Variable ηH01 ist standardmäßig in den WT‘s nicht verfügbar, kann aber über die
Formeleditoren berechnet werden.
WT1800
WT3000
Uni Wuppertal, 25.09.2013 45 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Rechnen mit Abtastwerten
Beispiel: Berechnung der einphasigen und dreiphasigen Leistung p (t) = u (t) • I (t)
Einphasenleistung
schwingt mit
doppelter Frequenz
von u (t) oder i (t).
Dreiphasenleistung
ist konstant
Uni Wuppertal, 25.09.2013 46 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Rechnen mit Abtastwerten
WT1800
• Nicht verfügbar
WT3000
• Rechnen 200 kSamples-Werten von u (t), i (t) und m (t)
• Daten über Interface übertragbar
Uni Wuppertal, 25.09.2013 47 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Highspeed-Leistungsmessung
Eine Mittelung der Abtastwerte p (t) = u (t) • i (t) über eine Zeit unterhalb einer
Periodendauer macht für Leistungs-, Verlust- und Wirkungsgradbetrachtungen
keinen Sinn.
In einem Dreiphasensystem dagegen schon.
pGesamt (t) = u1 (t) • i1 (t) + u2 (t) • i2 (t) + u3 (t) • i3 (t) = konstant
Abtastwert u1 (t)
Abtastwert i1 (t)
Rechenwert p1 (t)
Rechenwert pGesamt (t)
Uni Wuppertal, 25.09.2013 48 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Highspeed-Leistungsmessung
WT1800
• Transiente Leistungsmessung
• Nur dreiphasig möglich
• Unabhängig von Frequenz
• Auflösung 1 ms
WT3000
• Cycle-by-Cycle Analyse
• Ein- und dreiphasig
• Abhängig von Frequenzmessung
• Maximal 3000 Messreihen
• U, I, P, S, Q, λ, n, M, PM
• Frequenzbereich: 1 Hz … 1 kHz
• Auflösung 1 ms
Uni Wuppertal, 25.09.2013 49 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Motor-Option
WT1800
• Analog-/Frequenz-Eingänge für M und n
• Eingang für Drehrichtung
• Berechnung von positiver und negativer
mechanischer Leistung
• Z-Winkel-Messung
WT3000
• Analog-/Frequenz-Eingänge für M und n
Uni Wuppertal, 25.09.2013 50 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Filterfunktionen
Lowpass-Filter im Meßkreis
Wahres Signal Messignalignal
Abtastwerte
Nach SHANNON:
fSamplingfrequenz > 2 fSignalfrequenz
Aliasing ist in der Antriebstechnik kein
Thema. Gut 95 % der Leistung steckt in
der Grundschwingung bis ca. 1 kHz. Die
Abtastfrequenz der Messgeräte liegt ca.
200 bis 2000 mal höher.
1. Begründung für Eingangsfilter: Aliasing (Spiegelfrequenzen)
Uni Wuppertal, 25.09.2013 51 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Filterfunktionen
Lowpass-Filter im Meßkreis
2. Begründung für Eingangsfilter: EMV-Probleme
Wir haben am Umrichterausgang immer
wieder Probleme mit Störungen im
Signal. Die direkte Messung mit den
internen Shunts ist „relativ“ problemlos.
Bei externen Stromsensoren mit
niedrigem Ausgangssignal kann ein
Eingangsfilter > 50 kHz eine gute
Problemlösung darstellen.
Zu niedrig gewählte Filterwerte
verfälschen das Ergebnis.
Keine Begründung für Filterung ist die
Erhöhung des Wirkungsgrades.
Uni Wuppertal, 25.09.2013 52 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Filterfunktionen
Lowpass-Filter im Meßkreis
WT1800
• Variable Eingangsfilter 100 Hz bis1
MHz in allen U-/I-Kanälen
WT3000
• Filterstufen 500 Hz, 5,5 kHz, 50 kHz in
allen U-/I-Kanälen
Uni Wuppertal, 25.09.2013 53 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Die Bestimmung der Signalgrundfrequenz ist
Voraussetzung für eine genaue
Mittelwertbildung (Synchronisierung) und eine
möglichst genaue Harmonischenanalyse (PLL-
Synchronisierung)
Die genaue Synchronisierung auf die
Grundfrequenz erfordert am Umrichterausgang
einen eigenen Filterkreis für die
Frequenzmessung.
Eine Sychronisierung auf den Strom im
Normalfall einfacher als auf die Spannung.
Highend-Powermeter sollten
Frequenzfiltermöglichkeiten für Spannung und
Strom bieten.
T
Power Meter Funktionen
Filterfunktionen
Frequenzmessung
WT3000 Messkanal
Uni Wuppertal, 25.09.2013 54 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Power Meter Funktionen
Filterfunktionen
Frequenzmessung
WT1800
• Dreistufige Frequenzfilterung 100 Hz,
1000 Hz, OFF in allen U-/I-Kanälen
WT3000
• Zweistufige Frequenzfilterung 100 Hz,
OFF in allen U-/I-Kanälen
Uni Wuppertal, 25.09.2013 55 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
WT1800, F < 0,03 bei PF > 0,1 MCTS 1000, F < 0,006 bei 5 %
Aussteuerung
Fazit
Mit den YOKOGAWA Wattmetern und SIGNALTEC Wandlersystemen erhält
man Messketten außerordentlich hoher Funktionalität, Präzision und
Störfestigkeit. Die Genauigkeiten sind in unserem Kalibrierlabor verifizierbar.
Scope Harmonics FFT Motor
Transient Power
C-b-C Power
Uni Wuppertal, 25.09.2013 56 Umrichtertaugliche Leistungsmesssysteme
Für weitere Informationen
SIGNALTEC GmbH
Johannisstraße 44
90419 Nürnberg
T. 0911/2550993-0
http://www.signaltec.com
Horst Bezold, T. 0911/2550993-10, [email protected]