Elektrische Verluste und Wirkungsgrade präzise messen

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YOKOGAWA Deutschland GmbH Niederlassung Herrsching Test- und Messtechnik

Besondere Geräteeigenschaften für die Effizienz-Messung

Neben den bereits erläuterten hohen Anforderungen an Genauigkeit, Linearität und minimalen Phasenwinkelfehler tritt noch ein weiteres Problem bei der Wirkungsgradmessung hinzu: Da Eingangs- und Ausgangsgrößen eines Umrichters meist völlig verschiedene Frequenzen aufweisen, gibt es kein Messintervall, in das die Periodenlängen beider Größen als ganzzahliges Vielfaches hineinpassen.

Zumindest dann nicht, wenn die Messdauer einen praktikablen Wert etwa zwischen 200 ms und 2 s betragen soll. Ein ganzzahliges Vielfaches wird jedoch von der Rechenvorschrift für Wirkleistung und Effektivwerte gefordert, da andernfalls starke statistische Schwankungen des Rechenergebnisses zu erwarten sind, den so genannten Abschneide-Effekt. Bei bisherigen Leistungsmessern mussten deshalb unterschiedlich lange Zeitfenster für Eingangs- und Ausgangsgrößen in Kauf genommen werden.

Andrerseits soll im Interesse stabiler Wirkungsgrade ein zeitlich exakt gleich langes Messfenster verglichen werden. Die Lösung dieses Zielkonfliktes hat Yokogawa mit der EAMP- (Exponential Average for Measuring Period-)Methode entwickelt, die beide Forderungen vereint. Dabei handelt es sich um eine digitale Filterfunktion, bei der die statistischen Schwankungen zunächst auftreten, jedoch durch eine Folge schneller Messungen auf den „wahren“ Endwert digital extrapoliert werden. Der Erfolg dieser Methode spiegelt sich in einer extrem stabilen, lückenlosen Messwerterfassung ohne die Notwendigkeit einer Synchronisationsquelle wieder.

Digitales Resampling der Abtastfrequenz

Eine weitere Neuerung betrifft die simultane Messung im breitbandigen und im frequenzselektiven Modus. Bei den bisherigen Leistungsmessern musste je nach Messanforderung der Modus manuell gewechselt werden. Dies ist nicht nur unkomfortabel, sondern es entstehen durch die notwendige Messung der Grundschwingungsfrequenz auch Verzögerungen mit einem Datenverlust.

Die Methode besteht darin, dass durch ein digitales Resampling die Abtastfrequenz für die Oberschwingungsanalyse der gemessenen Grundschwingungsfrequenz ständig nachgeführt wird. Die konstante Abtastfrequenz für die Breitbandmessung bleibt damit erhalten. Wahlweise kann die konventionelle Methode mit Synchronisation durch eine PLL (Phase Lock Loop) angewendet werden.

Der Vorteil in der Praxis tritt besonders bei der Antriebstechnik zu Tage, da jetzt breitbandig gemessene Leistungen und Effektivwerte gleichzeitig mit jedem beliebigen Oberschwingungswert, wie der Grundschwingungsleistung bei E-Motoren, zur Verfügung stehen. Weitere Anwendungen finden sich bei Standby-Messungen oder Beleuchtungseinrichtungen, wo simultan Energieverbrauch und Klirrfaktoren von Spannung bzw. Strom ermittelt werden können.

*Walter Huber ist Technischer Leiter Produktsupport Power Analyzer bei Yokogawa in Herrsching.

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