Diese Schaltung misst Niederspannung (bis 1000 V) und Ströme bis 100 A.
Der Anschluss und die Hilfsstromversorgung erfolgt per USB-Kabel.
Das USB-Gerät meldet sich als PnP-Sensor.
Keine gesonderte Stromversorgung erforderlich.
Die Synchronisation mehrerer PnP-Sensoren erfolgt automatisch mikrosekundengenau über USB.
Eigenschaften
Ungefähr so soll das Gerät aussehen, ca. 70 x 50 x 50 mm groß und 150 € teuer.
Variante 1
Die Datenvorverarbeitung erfolgt bereits im Gerät (im FPGA) zur Reduktion der Datenmenge.
Damit kann man:
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
Gemäß PnP-Standard hat das Gerät:
einen Soft-Synchroneingang zur Client-Synchronisation
einen Soft-Synchronausgang zur Netzsynchronisation anderer PnP-Sensoren
eine Speichertiefe von mindestens ½ s zur Überbrückung von Windows-USB-Blackouts
Deskriptoren zur Selbstbeschreibung, zur möglichen Konfiguration und zur Messabweichung
Platz im EEPROM für die Beschreibung von Messvorsätzen sowie Kalibrierdaten
eine Erkennungs-LED
Variante 2
Die Datenverarbeitung erfolgt ausschließlich im PC, mit folgenden verkraftbaren Nachteilen:
Bulk-Endpoints (überbrückbare Zeit: 2 Mikroframes = 250 µs bei Dreifachpufferung)
Das erspart den FPGA und vor allem das schwierige High-Speed-RAM-Interface.
Der A/D-Wandler liefert automatisch die Werte von den 6 Eingängen sequenziell am Datenausgang.
Anschluss
Das Gerät wird wie im folgenden Bild an die drei Phasen angeklemmt:
Anschlussbeispiel
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.
Die drei Spannungen werden mit reichlich Kriechstrecken mit Divisor 100 gegen Analogmasse geteilt.
Die Widerstände sind hochohmig genug, dass bei fehlender Analogmasse Berührschutz gewährleistet bleibt.
Mittels zweier OPV wird die Differenzspannung ermittelt.
Variante 1
Übersichtsschaltplan und Signalfluss
Damit genügt ein vierkanaliger High-Speed-A/D-Wandler
ADS6442
für die Datenerfassung vom Drehstrom.
Alle Widerstände im Analogpfad müssen abgeglichen werden.
Variante 2
Beispielsweise mit ADS8555.
Der ist extra für Messungen im Dreiphasen-Stromnetz gemacht.
Er enthält sechs 16-bit 625 kSa/s gleichzeitig abtastende A/D-Wandler.
Der erforderliche
Schaltplan ist im Datenblatt angegeben.
Der Chip passt anscheinend genau an das GPIF eines CY7C68013A.
Widerstandswerte im Analogpfad können per Software abgeglichen werden.
Es ist zumindest eine negative Hilfsspannung von –5 V erforderlich.
Besser eine duale Hilfsspannung von ±15 V aus einem kleinen Transverter,
typischerweise einer Villardschaltung.
