Leistungsmessung am 3-Leiter-System

Leistungsmessung am 3-Leiter-System

Zur Leistungsmessung am 3-Leiter-System (3P3W), also Drehstrom ohne Neutralleiter N aber möglicher Schieflast. Das beschriebene Gerät besteht aus einem Spannungsteiler mit künstlichem Sternpunkt sowie 2 Strommesswandlern.

Siehe auch Spannungsteiler für 4 Leiter.

Aronschaltung, analog

Diese Schaltung misst Niederspannung (bis 1000 V) und Ströme bis 100 A, auch Gleichspannungen und -Ströme. Der Anschluss erfolgt per 15-pol. SubD-Kabel an einen Mehrkanal-A/D-Wandler, bspw. NI USB-6259, bei uns mit SubD-Deckel frisiert. Die Nennausgangsspannung beträgt ± 10 V.
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:

Diese Berechnungen erledigt in der künftigen Digitalvariante ein FPGA, da bei den hohen möglichen Abtastraten (bspw. 1 MSa/s) der PC ganz schön ins Schwitzen kommt.

Anschluss

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

Schaltplan

In Eagle erstellt, siehe ZIP-Datei.
Schaltplan und Layout
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 zur Subtraktion 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. Die Widerstände der Strommessung sind engtoleriert (1 % oder besser). Die Widerstände der Spannungsmessung hingegen sind unkritisch.

Abgleich:

Die LabVIEW-Software enthält eine Schnellabgleichfunktion für alle Offsetspannungen, die möglichst vor dem Einschalten des Messobjekts benutzt werden sollte.
☎ Soforthilfe: +49 371 3396018 oder +49 176 21695671 oder Skype