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Aronschaltung, analog

Diese Schaltung misst Niederspannung (bis 1000 V) und Ströme bis 100 A. Der Anschluss erfolgt per 15-pol. SubD-Kabel an einen Mehrkanal-A/D-Wandler, bspw. NI USB-6259, bei uns mit SubD-Deckel frisiert.

Aufgebautes Gerät, ca. 70 x 50 x 50 mm groß und 80 € teuer.

Die Stromversorgung mit ± 15 V erfolgt ebenfalls über dieses Kabel. Die Steckerbelegung entspricht unserem Generellen analogen Sensor-Anschluss-System mit Wurzeln von HBM.

Die Datenverarbeitung erfolgt in LabVIEW, zurzeit am PXI-Messsystem (mit 2× PXI-6133). Damit kann man an vier Messstellen gleichzeitig:

die drei Phasenspannungen bezüglich eines virtuellen Sternpunktes ermitteln
Effektivwerte in beliebigen Zeitfenstern berechnen (typischerweise 10 ms)
Wirkleistung, Scheinleistung, Blindleistung gesamt und für jede Phase ausgeben (typische Aktualisierungsrate 10 Hz)
Spektren von Spannung, Strom, Leistung usw. ermitteln
Gesamtenergieverbrauch akkumulieren
Nichtlinaritäten dieses Messwandlers kompensieren

Diese Berechnungen erledigt in der künftigen Digitalvariante ein FPGA.

Anschluss

Das Gerät wird wie im folgenden Bild an die drei Phasen angeklemmt:

Anschlussbeispiel

Schaltplan

Schaltplan

Die Strommessung erfolgt mit LEM-Stromwandlern „LA100P“ (gibt's bei RS). Deren Ausgangsstrom wird mit je einem Bürdenwiderstand 20 Ω in eine Spannung ± 1 V gewandelt und mit der nachfolgenden OPV-Stufe mit Faktor 10 verstärkt.
Für einen echten I-U-Wandler mit nur einem Maß verkörpernden Widerstand wären die Verlustleistungen zu hoch.

Die drei Spannungen werden mit reichlich Kriechstrecken mit Divisor 100 gegen Analogmasse (SubD-Pin 4) geteilt. Die Widerstände sind hochohmig genug, dass bei fehlender Analogmasse Berührschutz gewährleistet bleibt. Weil die Kabelkapazität einen deutlichen Einfluss auf die Signalform des geteilten Signals hätte, wird mittels dreier OPV eine Impedanzwandlung (Spannungsverstärkung = 1) vorgenommen.
Unsymmetrische Ausgänge (leichter handhabbar) hätten zwei weitere OPV benötigt. Da genug symmetrische Eingänge zur Verfügung stehen, wurde diese Variante nicht aufgegriffen.

Serienwiderstände 47 Ω sorgen für eine Leitungsterminierung und unterdrücken Schwingneigung der OPV durch die Kabelkapazität. Bis auf diese sind alle Widerstände engtoleriert (1 % oder besser).

 Name                    Last modified      Size  Description
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