Funktionsgrenzen elektrodynamischer Leistungsmesser

Hallo,
mein alter elektrodynamischer Leistungsmesser, Vollausschlag 22 W, leistet mir immer gute Dienste zur Messung von Standby-Verbräuchen mit meist
induktivem Blindstrom (Trafos).
Ein zu messendes Induktions-Kochfeld hat anscheinend große Entstörkondensatoren in der Netzzuleitung. Es verursacht jedenfalls einen Scheinstrom von 0,32 A! Das Oszi zeigt ungefähr 90° kapazitive Phasenverschiebung. Ein Wechselstromzähler, der bei 10 W sicher anläuft, rührt sich nicht, warm wird das Gerät auch nicht. Also Blindstrom. Aber der Leistungsmesser zeigt mehr als 22 W (Zeigeranschlag)!
Mit einer 15-W-Glühlampe kommt es zu einer plausiblen Anzeige, das Messgerät ist also i.O.
Zwar fließt über den Strompfad der 3-fache Nennstrom, doch wenn das Eisen der Stromspule in der Sättigung sein sollte, müsste es eigentlich einen negativen Fehler geben, oder? Was ist die Ursache des Messfehlers?
Übrigens sind dem netzfrequenten Strom starke Störungen höherfrequenter Art überlagert, der Strom erinnert kaum noch an Sinus, 20 % Störamplitude. Ein gleiches Bild erhält man, wenn man einen RC-Spannungsteiler am Netz betreibt und die Spannung an R anschaut. Das dürfte daran liegen, dass die höheren Frequenzen vom C bevorzugt werden.
--
Gruß Werner

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Werner Holtfreter wrote:

Das ist Verzerrungsblindleistung aus dem Netzteil des Indiktionsfeldes. Die kannst du mit deinem elektromechanisches Messgerät nicht messen, das kann nur die Grundschwingung bemerken, weil die Produktbildung über viele Perioden gemittelt ist. Ist ein höherfrequentes Signal überlagert, ist die Anzeige grundsätzlich flasch.

Nein, eine RC-Schaltung an einem sauberen Netz zeigt ausschließlich Verschiebungs-Blindleistung. Erst wenn irgendwo eine Nichtlinerarität, z.B. ein Gleichrichter, vorkommt, ergibt sich Verzerrungsblindleistung, weil der Strom eben nicht mehr linear von der Spannung abhängt.
Mit freundlichem Gruß
    Jan
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Hallo, Jan,
Du meintest am 08.03.11:

Nein - das ist nicht gottgegeben.

Und das ist noch wieder ein anderes (eventuelles) Problem, das mit der Nicht-Anzeige sehr wahrscheinlich überhaupt nichts zu tun hat.

Jede Anzeige ist "falsch", nach irgendwelchen Kriterien.
Viele Gruesse! Helmut
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Jan Kandziora wrote:

Nur zum Teil, zum anderen Teil siehe unten.

Ich bin der Auffassung, dass ein elektrodynamisches Messwerk MOMENTANwerte von Strom- und Spannung multipliziert!

Wenn dem so ist, fehlt eine passende Begründung.

Ein reales Versorgungsnetz ist aber nicht sauber. Es gibt überlagerte hochfrequente Einflüsse und der deutlich sichtbare Ersatz der Sinusspitzen durch ansteigende Geraden, die auf Ladekondensatoren in Energiesparlampen und anderen Schaltnetzteilen ohne PFC (power factor correction) zurückzuführen sind.
Für die hochfrequenten Anteile ist Xc aber geringer als für 50 Hz, sie werden also relativ stärker zum Messwiderstand durchgelassen.
--
Gruß Werner

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Werner Holtfreter wrote:

Ja, du darfst deshalb aber keinen gedanklichen Kurzschluss fabrizieren.
Die Auslenkung des Messwerkes ist eine Mittelung der Differenz des Drehmoments in Richtung positiver Werte (Momentanwerte von Strom und Spannung mit gleicher Polarität) und des Drehmoments in Richtung negativer Werte (Momentanwerte von Strom und Spannung mit ungleicher Polarität). Bei reiner Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung klappt das wunderbar.
Fließt nun aber z.B. bei einer Phasenanschnittschaltung nur Strom im zweiten und vierte Quadranten einer Periode, so wird das Messwerk eine Wirkleistung gleich der Scheinleistung anzeigen, weil Spannung und Strom immer dieselbe Polarität haben. Blickt man jedoch mal von etwas weiter weg auf die Strom- und Spannungskurve, wird man sehen, dass die um die Fläche unter der jeweiligen Kurve gewichteteten Mitten von Spannung und Strom gegeneinander verschoben sind. Das bewirkt Verzerrungsblindleistung, die das Messwerk nicht anzeigen kann, weil es eben nur den Mittelwert der Momentanprodukte bildet.
Mit freundlichem Gruß
    Jan
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Hallo, Jan,
Du meintest am 09.03.11:

Hmmm - "Scheinleistung" kann nicht gemessen werden, sie ist ein pures Mathe-Konstrukt.

Was sind die "gewichteten Mitten"? Ein elektrodyn. Messwerk zeigt das zeitliche Mittel von Augenblickswerten. Und die Augenblickswerte sind nach Deiner Annahme ("weil Spannung und Strom immer dieselbe Polarität haben") stets positiv. Also ist auch das zeitliche Mittel positiv.

Sorry - dieser Idee vermag ich nicht zu folgen.
Viele Gruesse! Helmut
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Helmut Hullen wrote:

Natürlich kannst du die Scheinleistung messen. Sie ist definiert als das Produkt aus dem quadratischen Mittelwert der Spannung und dem quadratischen Mittelwert des Stroms. Wenn du ein Messwerk benutzt, dass zuerst diese Mittelwerte bildet und erst dann das Produkt, erhälst du die Scheinleistung.
Das sowas elektronisch einfacher zu konstruieren ist als mechanisch versteht sich von selbst.

Zerlege die "eckige" Stromform in Grundschwingung und Oberschwingungen. Die einzelnen Anteile sind dann nach rechts phasenverschoben, weil ja nur im 2. Quadranten Strom fließt. Das entspricht induktiver Blindleistung.
Das Messwerk unterscheidet diesen Fall aber nicht von dem Fall, dass der Strom rein sinusförmig und phasenrichtig mit der Spannungskurve verläuft. Die Summe der Momentanprodukte unter der Kurve ist bei geeigneter Wahl des Strom-Scheitelwertes gleich der obigen, und damit auch der zeitliche Mittelwert.
Im Fall mit Verzerrung bekommt man vom Messwerk also einen Wert angezeigt, der identisch zu einem von sinusförmigen, phasenrichtigem Strom (reine Wirkleistung) hervorgerufenen ist. Man wird ihn deshalb auch für Wirkleistung halten.
Tatsächlich ist es aber Wirkleistung + Verzerrungs-Blindleistung, also eine Scheinleistung.
Mit freundlichem Gruß
    Jan
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Hallo, Jan,
Du meintest am 09.03.11:

Das ist keine Messung, das ist Rechnung. Auf einem solchen Weg kannst Du auch das Produkt von Luftdruck und Körpergewicht bestimmen.
Viele Gruesse! Helmut
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Helmut Hullen schrieb:

Nach der Definition ist ein Ferraris-Zähler kein Messgerät sondern ein Rechner.
Siegfried
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Hi, und eine Sanduhr ein Integrator...
--
mfg,
gUnther
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Helmut Hullen wrote:

Unten ein Dreheisenmesswerk für die Spannung, logarithmisch eingestellt. Statt eines Zeigers eine bewegliche Platte, darauf ein Dreheisenmesswerk für den Strom, ebenfalls logarithmisch eingestellt, mit Zeiger. Dann ist die Anzeige die Summe zweier Logarithmen, also das Produkt des Mittelwertes der Spannung und des Mittelwertes des Stroms.
Ist das genug gemessen?
Elektronisch ganz genauso, falls man lineare Eingangswerte hat, kommt halt ein Logarithmierer vor den Summierer.
Oder halt D/A-Wandeln und dann rechnen. Wobei bei Floats dann wieder logarithmiert wird...
Mit freundlichem Gruß
    Jan
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Jan Kandziora wrote:

Wenn Strom und Spannung die gleiche Richtung haben, dann ist es Wirkleistung! Das Messgerät multipliziert vorzeichenrichtig die Momentanwerte von Spannung und Strom und mittelt die positiven und negativen Ergebnisse wegen der mechanischen Trägheit. Die Kurvenform sollte eigentlich keine Rolle spielen.
Ich habe nun den wahren Grund herausgefunden:
Der Standby-Strom des Kochfeldes beträgt 0,61 A (meine ursprüngliche Angabe war falsch, aber das ist nicht entscheidend).
Wenn der Strompfad des Leistungsmessers mit im Stromkreis liegt, steigt der Strom auf 0,62 A. Ursache ist die Induktivität des Messwerkes, die sich auch oszillografisch als Verringerung des Phasenwinkels von ca. 90° kap. auf ca. 80" zeigt. Auch das ist nicht entscheidend.
Wesentlich ist, dass bei 0,62 A eine Spannung von 32 V (!) an der Stromspule abfällt. Ich nehme an, dass das überwiegend ohmsche Verluste sind, die sich somit auf 20 W multiplizieren!
Standardmäßig betreibe ich den Leistungsmesser in stromrichtiger Schaltung, denn bei spannungsrichtiger Schaltung messe ich schon ohne Last den Eigenverbrauch der Spannungsspule in Höhe von 2,2 W.
Bei stromrichtiger Schaltung misst man jedoch den Eigenverbrauch der Stromspule mit, die bei der hier gegeben Überlastung des Strompfades 20 W beträgt. Zusammen mit der Last kommt dann ZeigerANschlag zu Stande, der mich glücklicherweise veranlasst hat, gleich wieder abzuschalten, denn 20 W verkraftet die Stromspule wohl nicht sehr lange.
Die Leistungsmessung in *spannungsrichtiger* Schaltung ergab 4,4 W. Abzüglich des Eigenverbrauchs der Spannungsspule gibt das 2,2 W, was ein plausibler Wert ist.
In die Stromspule werde ich künftig wohl eine Sicherung schalten.
Interessant wäre noch die Frage, ob man den Messbereich durch einen Shunt erweitern kann bzw. wie groß dadurch die Messabweichung wird. Probleme sehe ich in unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (Spule wahrscheinlich Cu), vor allem aber in der Phasenverschiebung zwischen dem induktiven Strompfad des Messgerät und dem ohmschen Shunt.
--
Gruß Werner

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Werner Holtfreter wrote:

Nein. Wirkleistung ist es, wenn Spannung und Strom einander proportional sind. Nur dann gilt nämlich das Ohmsche Gesetz und nur dann handelt es sich beim Verbraucher um einen Ohmschen Widerstand. Und nur der hat reine Wirkleistung. Alle anderen Verbraucher benötigen zusätzlich Blindleistung, weil irgendwo die Energie zwischengespeichert werden muss, die durch die nicht-proportionalität von Spannung und Strom aufläuft.

Genau das ist es, was dein Messgerät dir anzeigt. Das ist aber im von mir beschriebenen (und dir vorliegenden) Fall keine Wirkleistung, sondern eine Scheinleistung.
Mit freundlichem Gruß
    Jan
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Hallo, Jan,
Du meintest am 13.03.11:

Unfug - sorry.

Auch "linearer Widerstand" genannt. Aber Wirkleistung wird auch von nichtlinearen Widerständen (z.B. Glühfäden) in Wärme umgesetzt.

Unfug.
Viele Gruesse! Helmut
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Helmut Hullen wrote:

Ein Glühfaden zieht während einer Schwingungsperiode einen der Spannung nahezu proportionalen Strom aus dem Netz. Der Widerstandswert ist schließlich nicht von der Spannung, sondern von der Temperatur abhängig, und die ändert sich während einer Schwingung nicht so stark. Man könnte mal messen wieviel es ist, vermutlich ein Fliegenschiss im Vergleich zum Ohmschen Anteil.
Wenn du z.B. einen Gleichrichter+Ladeelko nimmst erhälst du einen "Widerstand", bei dem der Strom sich während jeder Schwingunghälfte nichtproportional zur Spannung verhält. Und genau so etwas verursacht Blindleistung, in diesem Fall mal kapazitive.
Für den Anfang besser erkennbar ist das aber bei Phasenanschnitt- bzw. Phasenabschnittschaltungen, auch diese haben selbst bei rein ohmschen Verbrauchern hinter dem Stromrichter einen Blindleistungsbedarf.
Und bevor du erneut nmit "Unfug, Unfug" um dich schmeißt, liest du am besten Mal ein Buch zum Thema. Ich habe gerade "Elektrische Antriebe 4" von Dierk Schröder aus dem Regal geholt, um dir die ISBN 3-540-57609-6 rauzusuchen. Empfehlenswerte Lektüre.
Mit freundlichem Gruß
    Jan
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Hallo, Jan,
Du meintest am 14.03.11:

Bei 50 Hz: ja. Wie ist das bei Taschenlampen (also bei Batteriebetrieb)? Da ist beim Einschalten der Widerstand nicht linear - willst Du da von Blindleistung reden?
Wie wäre das, wenn Du einen linearen Widerstand in Reihe mit einer Kapp- Diode an Wechselspannung betreibst - willst Du da auch von Blindleistung reden?

Verwechsle bitte nicht Liniendiagramm und Zeigerdiagramm. Ein Kondensator (und auch eine Induktivität) ist im Liniendiagramm mal Erzeuger und mal Verbraucher. Insbesondere im Schaltbetrieb bei Gleichspannung. Willst Du da auch von Blindleistung reden?

Unfug - sorry.

Sehr aufmerksam. Aber unnötig. In dem Bereich hat sich in den letzten 45 Jahren seit meinem Studium "im Prinzip" nichts geändert.
Viele Gruesse! Helmut
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Helmut Hullen wrote:

Vermutlich bist du Lehrer? Deren Studium befähigt sie ja bekanntlich, auf jedem Gebiet dauerhaft Experte zu sein, auch ohne die Fachliteratur zu kennen oder gar nach dem Studium noch mal etwas dazuzulernen.
Jede weitere Unterhaltung mit dir zu diesem Thema ist jedenfalls vollkommen sinnlos.
Mit freundlichem Gruß
    Jan
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Hallo, Jan,
Du meintest am 14.03.11:

Dipl.-Ing. (E-Technik, Saft&Kraft)
Viele Gruesse! Helmut
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Helmut Hullen wrote:

Das enttäuscht mich dann umso mehr. Lies das von mir empfohlene Buch und hole 45 Jahre Stillstand auf.
Mit freundlichem Gruß
    Jan
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Hallo, Jan,
Du meintest am 16.03.11:

Welche Seiten empfiehlst Du, auf denen der von Dir behauptete Sachverhalt bzgl. der Blindleistung anders als vor 45 Jahren dargestellt wird?
Am Rande: wenn ich das Verhalten von Verbrauchern in Haushalten ergründen will, dann würde ich nicht vorrangig in einem Buch über elektrische Antriebe nachschauen. Der Erstfrager hatte an einem Kochfeld gemessen.
Noch mehr am Rande: woraus schöpfst Du die (falsche) Unterstellung, ich hätte nach dem Studium nichts dazugelernt?
Viele Gruesse! Helmut
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