Elektrische Verluste und Wirkungsgrade präzise messen

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Wirkungsgradmessung elektrisch-mechanisch

Soll der Wirkungsgrad eines E-Motors bestimmt werden, so ist neben der elektrischen Eingangsleistung auch die mechanische Ausgangsleistung zu messen. Grundsätzlich kann die mechanische Leistung, die bei rotierenden Vorgängen proportional zum Produkt aus Drehzahl und Drehmoment ist, völlig unabhängig von der elektrischen Leistungsmessung ermittelt werden. Praktische Gründe sprechen jedoch für eine Lösung mit einem Gerät:

• Die absolute Gleichzeitigkeit der elektrischen und mechanischen Leistungsmessung führt zu deutlich stabileren Werten für den Wirkungsgrad, insbesondere bei stark fluktuierenden Bedingungen
• Es wird automatisch ein zeitsynchroner Datensatz von elektrischen und mechanischen Parametern erzeugt, so dass eine spätere Software-Synchronisierung entfallen kann

Viele digitale Leistungsmesser lassen sich mit Sensoren für Drehzahl und Drehmoment ausstatten und parametrieren, so dass der Geräteaufwand reduziert wird. Die Ausgangssignale der Sensoren können analog oder pulsförmig vorliegen.

Die Energie- und Verbrauchsmessung

In der Betriebsart „Integrator“ ist der Leistungsmesser ähnlich zu einem Verbrauchszähler einzusetzen. Der Anwendungsfall tritt dann auf, wenn stark schwankende Lastbedingungen zu einem sehr instabilen Ergebnis bei der momentanen Leistungsmessung oder dem Wirkungsgrad führen.

Es kann über sehr lange Zeiten bis 24 Stunden gemittelt werden, indem das Integrationsergebnis fortlaufend durch die bis dahin abgelaufene Zeit dividiert wird. Die Standby Norm IEC 62301 etwa fordert einen Mittelwert über mindestens fünf Minuten. Bei der Energieoptimierung von industriellen Analgen oder Gebäuden sind meist sehr viele Verbraucher gleichzeitig über längere Zeit zu erfassen. Hier können kostengünstige, vernetzbare Panelmeter oder mobile, batteriebetriebene Geräte eingesetzt werden.

Die Genauigkeitsanforderungen an das Messgerät

Wie anfangs gezeigt, kann selbst mit einer Messeinrichtung der Klasse 0,1 die differenzielle Verlustleistung bei 95 % Wirkungsgrad nur auf 4% genau bestimmt werden. Den Genauigkeits-Spezifikationen oder noch besser den nachgewiesenen Genauigkeiten ist deshalb hohe Aufmerksamkeit zu schenken.

Die Sache wird dadurch kompliziert, weil jeder Hersteller seine Eigenheiten pflegt und dadurch die Zahlen nicht mehr direkt vergleichbar sind. Zudem spielen eine Reihe von Umgebungsparametern eine wichtige Rolle. Das können beispielsweise Temperatur oder EMV-Bedingungen sein. Für Spannung, Strom und Leistung wird ein Messfehler von ±( x% vom MW + y% vom MB) in einem Temperaturbereich von 23 ± z% angegeben.

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