Funktionsgrenzen elektrodynamischer Leistungsmesser

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

Hallo, Jan,

Du meintest am 14.03.11:

Vermatsch bitte nicht schon wieder Zeigerdiagramm und Liniendiagramm.

Ist mal Verbraucher und mal Erzeuger, nach den üblichen Definitionen.

Gilt auch bei geschalteten Kapazitäten an Gleichspannung, und da taugt der Begriff "Blindleistung" nun mal nicht.

Was soll denn "phasengleich" sein? u prortional i? Oder neuerdings "gleiches Vorzeichen"?

Eine interessante Theorie. Du studierst hoffentlich nicht Elektrotechnik.

Nicht "immer". Abschalten von Induktivitäten solltest Du noch mal üben.

Bleib doch einfach beim Liniendiagramm - der Schlenker zu Fourier erhöht nur die Verwirrung, ist aber auch in diesem Fall nicht nötig.

Unfug. Das vom Erstfrager benutzte Messgerät hat Wirkleistung angezeigt.

Viele Gruesse! Helmut

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

Hallo, Jan,

Du meintest am 14.03.11:

Dipl.-Ing. (E-Technik, Saft&Kraft)

Viele Gruesse! Helmut

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Jan Kandziora schrieb:

Da fragst Du noch?

Gruß aus Bremen Ralf

Natürlich, aber diese Messung macht man ja an einer Sinusspannung, da ist die Messung des Effektivwertes mit jeder Art von Messgerät kein Problem.

Natürlich nicht, aber das ist hier gar kein Thema, denn der Strommesser weiß nichts von der Phasenlage der Spannung und umgekehrt.

Ja, genau unter dieser Voraussetzung gilt die obige simple Formel. Vielleicht sollte ich nicht sagen "das ohmsche Gesetz gilt" sondern es gilt für den kapazitiven Blindwiderstand sinngemäß.

Wenn mathematisch und messtechnisch das gleiche heraus kommt, kann ich ja zufrieden sein.

Welche Fläche genau? Die des Stromes? Welche Rolle spielt die Fläche der Spannung, nach deiner Meinung?

Meine folgende lehrreiche Übung zur Nachahmung empfohlen:

RC-Schwingkreis zeichnen.

Darunter die Verläufe von Spannung und Strom im Zeitdiagramm darstellen, beginnend mit geladenem Kondensator, also Spannungsmaximum.

Die Kurven viertelwellenweise nacheinander entwickeln.

Zu jedem dieser Viertel mit +/- schreiben, ob die Viertelwellen gleiche (+) oder entgegengesetzte Richtung haben (-).

Zu jedem dieser Viertel mit Pfeilen andeuten, in welche Richtung die Energie fließt. Hinweis: während sich die Spannung Richtung Null bewegt, liefert der Kondensator Energie zur Spule und während sich der Strom Richtung Null bewegt, liefert die Spule Energie zum Kondensator.

Dann die bekannte Tatsache bestätigt sehen, dass bei jedem Viertel, wo Strom und Spannung in der gleicher Richtung weisen, die Energie in die eine und sonst in die andere Richtung fließt.

Nun die Überlegung, dass sowohl Kondensator als auch Spule gegen die Netzversorgung getauscht werden können, wodurch immer noch alles gleich bleibt.

Der dazwischen geschaltete elektrodynamischer Leistungsmesser würde Null zeigen, wird doch seine Drehspule abwechselnd mit gleichem Kraft-Zeit- Produkt nach links und rechts beschleunigt.

Nun ersetzen wir gedanklich auch noch das verbliebene Bauelement durch einen Phasenanschnittdimmer mit Glühlampe. Der Dimmer soll jeweils 1/4 Wellen anschneiden. Das ist leicht eingezeichnet, denn in diesem Fall ist der Strom proportional zur Spannung, während er fließt.

Auch den Stromverlauf von Diode und Glühlampe können wir leicht konstruieren.

In den Fällen Dimmer und Diode haben Spannung und Strom immer *gleiche* Richtung, die Energie fließt also immer zur Glühlampe, keine fließt zurück, was mehr als plausibel ist, denn die Glühlampe ist kein Energiespeicher, die Energie zurück ins Netz schicken könnte. Auch Dimmer oder Diode ändern daran nichts.

Du behauptest nun:

Wenn ich dich richtig verstehe sagst damit, dass beim üblichen Dimmer

*mehr* als nur die eigentlich interessierende Wirkleistung angezeigt wird.

Bitte überlege dir das noch einmal, denn diese These könnte man experimentell prüfen! Es genügt, die Helligkeit der phasenanschnitt- gedimmten Lampe, die streng mit der Wirkleistung korreliert ist, zu vergleichen mit einer Glühlampe, die an einer variable Sinusspannung angeschlossen ist und bei der die Wirkleistung trivial zu messen ist.

Was wäre deine Voraussage für dieses Experiment?

Was wäre deine Voraussage für die Glühlampe an der Diode?

Misst man in diesen Fällen korrekt die Wirkleistung oder nicht?

Das enttäuscht mich dann umso mehr. Lies das von mir empfohlene Buch und hole 45 Jahre Stillstand auf.

Mit freundlichem Gruß

Jan

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

Bilde die Momentanprodukte von Spannung und Strom und zeichne diese Leistung über eine Periode auf. Bei reiner Wirkleistung ist das Produkt immer positiv, die Fläche also grundsätzlich oberhalb der Kurve. Bildet man den quadratischen Mittelwert, erhält man die Wirkleistung, die in diesem Fall auch dem Produkt der Mittelwerte von Strom und Spannung entspricht.

Gibt es zwischen sinusförmiger Spannung und sinusförmigen Strom einen festen Phasenunterschied von 90°, so sind die Flächen oberhalb und unterhalb der Zeitachse gleich groß. Das Messwerk bildet den Mittelwert davon, dieser ist Null. Also zeigt es diesen Fall als fehlende Wirkleistung an, was ja auch stimmt.

Du betrachtest dabei den Strom und die Spannung, der durch die Glühlampe fließt. Das ist natürlich ein "Wirkstrom" und die dazu passende proportionale Spannung. Den gleichen Effekt hätte ich, wenn ich eine Masche betrachte, in der anstatt einer Diode und einer Glühlampe eine Spule und eine Glühlampe in Reihe geschaltet sind. Messe ich den Strom, ist das natürlich der Strom, der durch die Glühlampe fließt. Das ist natürlich auch der Strom durch die Spule.

Entscheidend ist bei so einer Anordnung aber die *Spannung* über der

*Spule*. Diese ist (ideale Induktivität) eben um 90° phasenverschoben zum Strom.

Genauso ist das auch bei einer Diode oder einem Dimmer in der Zuleitung. Nur dass es nicht einfach 90° Phasenverschiebung sind, sondern wegen der nicht- sinusförmigkeit des Stroms ein kompliziertes Muster.

Wenn nun der Dimmer (Diode, Spule) mit der Glühlampe in Reihe geschaltet sind, so "erzeugt" der Dimmer (Diode, Spule) also eine zur Netzspannung dazuzuaddierende, wechselde Spannung. Und genau durch diesen Wechsel wird Leistung zwischen Netz und Dimmer (Diode, Spule) hin- und hergepumpt.

Richtig. Weil bei der vom Phasenanschnittdimmer gegebenen Stromkurvenform keine Anteile da sind, bei denen Strom und Spannung entgegengesetzt sind, wird er die gesamte "fließende" Leistung anzeigen.

Das geht wegen der Art der Mittelwert- und Momentenbildung nicht anders. Wenn ich dich richtig verstanden habe, sind wir uns zumindest darin bereits einig. Du meinst nun aber, dass es sich bei dieser Leistung um Wirkleistung handelt.

Besser die Wärme messen, nicht die Helligkeit. Die Helligkeit ist nämlich nicht linear von der Leistung abhängig und die Kennlinie müsstest du sonst zuerst einmal korrekt bestimmen.

Stelle einen großen Steuerwinkel ein, Lampe also ziemlich dunkel. Dann hat der Gesamtstrom trotzdem immer dieselbe Polarität wie die Spannung. Der Leistungsmesser zeigt also wie erwartet den gesamten fließenden Strom als "Wirkstrom" an.

Tatsächlich ist die Grundschwingung des Stroms aber weit gegenüber der Spannung phasenverschoben. Womit wir bei deiner urpsrünglichen Fragestellung wären.

Es fließt ein konstanter Gleichstrom plus einem Wechselanteil, der phasenverschoben zur Spannung ist (wobei ich diesen Fall erstmal aufmalen müsste, um die Größenordnung besser abschätzen zu können). Auch hier also zusätzlich Blindleistung. Dein Leistungsmesser wird aber alles als Wirkleistung anzeigen.

In beiden Fällen wird die Wirkleistung im Verbraucher plus Blindleistung für den Stromrichter angezeigt.

Mit freundlichem Gruß

Jan

Ich weiß nicht, wie deine Studieninhalte vor 45 Jahren aussahen. Woher auch?

Über netzgeführte Stromrichter wie dem von mir als einfaches Beispiel angeführten Phasenanschnittdimmer geht es jedenfalls auf Seite 9 bis 141. Da wird erst einmal alles anhang der Mittelpunktsschaltung mit zwei Ventilen alles genau erklärt, dann folgen die anderen Schaltungen mit genauer Erklärung ihres abweichendes Verhaltens. Für den Anfang reichen auch Seite 9 bis 62.

Man soll ein Buch nicht nach seinem Einband beurteilen. Der Untertitel ist jedenfalls "Leistungselektronische Schaltungen", was ja doch in die richtige Richtung geht.

Antriebe sind nunmal ein wichtiges Gebiet für Stromrichter, das Buch behandelt aber auch Hoch- und Tiefsetzsteller zur Gleichspannungswandlung und (geringer Anteil) Vorschaltgeräte für Gasentladungslampen. Induktionsfelder sind nicht drin, nein.

Das war eine auf meiner hier eingeschränkten Beobachtungsmöglichkeit fußende Vermutung. Außerdem hast du selbst behauptet, auf dem Gebiet hätte sich seit

45 Jahren nichts mehr getan, wodurch sich Nachlesen erübrigen würde, was ich für ziemlich starken Tobak halte. 1965 hatten Thyristorsteller sich gerade erst (vor allem im Bahnbereich) einigermaßen verbreitet, an einen breiten Einsatz dachten wohl die wenigsten.

Au0erdem meine ich, dass es dir dem was du austeilst nach nicht zusteht, allzu dünnhäutig zu sein.

Mit freundlichem Gruß

Jan

Hallo, Jan,

Du meintest am 16.03.11:

Ok - nichts Neues in den letzten 45 Jahren.

An den meisten Hochschulen hiess die passende Vorlesung damals "El. Antriebe und Maschinen", und die Stromrichter waren ein wesentlicher Teil dieser Vorlesung.

Schon damals wären Deine Ansichten über Blindleistung ein Quell grosser Freude gewesen. Aber die Prüfung hättest Du damit nicht unbedingt bestanden.

Falsch zitiert, falsch gefolgert.

Vorher gab es auch schon Gleich- und Wechselrichter. Die Theorie hat sich durch die Halbleiter nicht geändert.

Aha - Du meinst also, mit falschen Unterstellungen arbeiten zu dürfen? Gebricht es Dir an inhaltlichen Argumenten?

Zu den Inhalten: die Theorie der Stromrichter hat mit dem Mess-Problem des Erstfragers nichts zu tun. Und Du solltest Dich bitteschön etwas ausführlicher mit den Unterschieden zwischen Zeiger- und Liniendiagramm beschäftigen.

Viele Gruesse! Helmut

Hallo, Jan,

Du meintest am 16.03.11:

Wovon? Du formulierst hier mindestens unklar, vielleicht auch falsch.

Die Energietechniker reden hier lieber von Effektivwerten ...

Unfug. Die Spule im Dimmer ist hier vernachlässigbar. Der Dimmer ist weitgehend ein nichtlineares passives Bauteil.

Wieviel Watt bei Betrieb eines Induktionsherds?

Vor einigen Zeilen hattest Du noch ein anderes Bild gemalt.

Viele Gruesse! Helmut

Das ist dasselbe, wenn ich aber Effektivwert schreibe, wird mir bestimmt wieder vorgeworfen, dass das dann eine Scheinleistung sein müsse, weil es ja Effektivwerte seien...

Es wird von einem Zeigerinstrument aber immer eine Mittelwertbildung durchgeführt. Der Unterschied ist immer nur, an welcher Stelle. Bei einem Leistungsmessgerät *nach* dem Multiplizieren, wogegen beim simplen Multiplizieren von abgelesener Spannung und Strom *vor* dem Multiplizieren.

Dimmer *oder* Diode *oder* Spule. An allen diesen Bauteilen ist der Stromfluss nichtproportional zur Spannung. Und überall gibt es denselben Effekt -- Blindleistung.

So, und nun schreibe ich zu diesem Thema wirklich nichts mehr. Du wirst es mit deiner 45-jährigen Erfahrung sicher auch irgendwann kapieren was ich meine. Und dann wirst du mir Recht geben.

Bis dahin

Jan

Hallo, Jan,

Du meintest am 16.03.11:

Frage unbeantwortet.

Nein. Es gibt diverse Mittelwerte. Der Effektivwert ist eindeutig definiert.

Wenn jemand Dir solchen Unfug vorwerfen solltest, dann würde ich mich auch dazu passend äussern.

Also wird im zweiten Fall keine Leistung gemessen.

Unfug. Schau Dir mal das Einschalten eines RL-Kreises an, oder eine Last mit Wirkwiderstand und Kapp-Diode an pulsierender Spannung (z.B. an einer Lichtmaschine mit Gleichspannungs-Ausgang). Nichts mit Blindleistung.

Ich kapiere schon jetzt, was Du meinst (so wie ich auch kapiere, wenn jemand behauptet, dass die Erde eine Scheibe sei). Du bist nur in der unglücklichen Lage, dass Du eine technisch falsche Vorstellung von dem Sachverhalt hast, den Du beschreibst.

Viele Gruesse! Helmut

OK.

Unklar, welche/r quadratische/n Mittelwert/e gemeint ist!

Falls du das meinst:

"Das Produkt des quadratischen Mittelwerts von Strom und dem quadratischen Mittelwerts von Spannung ergibt die Wirkleistung."

Hätte ich bedenken, weil das

negative Werte ebenfalls Plus ergibt. Obiger Satz gilt m.E. nur für ohmsche Last. (Quadratischen Mittelwert ist nur der mathematische Ausdruck für Effektivwert.)

OK.

Ich kann genau so gut Strom und Spannung am Eingang des Dimmers oder der Diode betrachten, denn jeder Momentanwert der Spannung mit Strom Null multipliziert gibt Null. Sogar, wenn man Diode oder Dimmer vor den Leistungsmesser schaltet, sollte das gleiche angezeigt werden.

Masche? Einfacher Stromkreis, aber den meinst du sicherlich!

Der Strom ist überall gleich. Greife ich die Spannung an der idealen Spule ab, habe ich natürlich nur Blindleistung. Greife ich sie über Spule und Glühlampe insgesamt ab, haben wir eine Scheinleistung, die sich aus Wirk- und Blindleistung zusammen setzt.

Nein, nur eine Spule kann Energie speichern und liefert Energie ans Netz zurück, es gibt folglich einen Anteil Blindleistung.

Dimmer/Diode und Glühlampe können keine Leistung ins Netz zurück liefern, also gibt es auch keine Blindleistung, jedenfalls keine Blindleistung im klassischen Sinne.

Der mir bisher unbekannte Begriff

vermutlich eingeführt, um den aus Verzerrung entstehenden zusätzlichen Strom leichter berechnen zu können. Mir scheint, der Begriff VerzerrungsBLINDLEISTUNG ist nicht glücklich gewählt, denn Blindleistung erzeugt im Verbraucher keine Wirkleistung bzw. Wärme. "Verzerrungsblindleistung" tut das aber anscheinend, wie das Beispiel Diode/Glühlampe im verlinkten Artikel zeigt. Bei Einweggleichrichtung ist Verzerrungsblindleistung sogar gleich groß, wie die Wirkleistung.

Ich würde das Phänomen lieber als Ergebnis des Formfaktors von Strom und Spannung zu beschreiben, wodurch der Widersinn vermieden wird, dass Blindleistung Wärme im Verbraucher erzeugt.

Ja, das ist wohl der Punkt. Wirkleistung ist definiert, als diejenige, die eine gleich große Wärmeleistung im Verbraucher erzeugt.

Falls die "Verzerrungsblindleistung" in gleicher Weise Wärme erzeugt, kann ich sie doch wohl als Wirkleistung betrachten.

Selbstverständlich würde ich beide Glühlampen auf gleiche Helligkeit bringen, damit spielt die restliche Kennlinie keine Rolle. Ich werde auch prüfen, welche Leistungsänderung nötig ist, um eine Differenz sicher erkennen zu können.

Damit es ganz klar ist, was du meinst:

Dimmer - Wirkleistungsmesser zeigt Wirkleistung [ ] korrekt [ ] zu hoch an

Diode - Wirkleistungsmesser zeigt Wirkleistung [ ] korrekt [ ] zu hoch an.

Die Praxis aber sehr wohl; schau doch einfach mal aktuelle Literatur dazu an, und seien es nur die Gratiszeitschriften, die einem in Elektronikfirmen immer so auf den Tisch flattern.

-ras

Hallo, Ralph,

Du meintest am 16.03.11:

1965 waren die Leute stolz, wenn die Halbleiter 10 A schalten konnten. Inzwischen schalten sie sicher 1 kA und vielleicht inzwischen auch 10 kA. Aber das ändert nichts an der Theorie.

Der Erstfrager hatte Mess-Probleme an einem Induktions-Kochfeld; da würde ich erst mal nachschauen, ob dort Paketsteuerung gemacht wird (wegen der Leistung). Denn dann entfallen Jans Ausführungen über Phasenan- oder -abschnittsteuerung. Und sehr wahrscheinlich wird ein NF- HF-Frequenzumrichter mit Gleichstrom-Zwischenkreis betrieben; da wird keine Blindleistung übertragen.

Viele Gruesse! Helmut

Ich habe jetzt nochmal unaufgeregt und länger über die Sache nachgedacht und vermute, dass ihr beide Recht habt. Es heißt zwar "Blindleistung", weil die Komponenten für die zusätzliche Leistung ausgelegt werden müssen, aber es ist halt nie Strom und Spannung umgekehrt gepolt, weswegen das Bauteil auch nie eine Quelle ist. Auch der Leistungmesser zeigt daher richtig an. Genaueres lese ich mir an (Buch hab' ich ja), wenn ich mal wieder Lust dazu habe, was vermutlich nicht so bald sein wird.

Werner: Entschuldige bitte die Verwirrung, die ich gestiftet habe. Danke für deine Geduld.

Helmut: Du hast vermutlich viel Erfahrung auf dem Gebiet, aber du konntest sie nicht mit mir teilen. Für mich war das ein sehr geringer Erkenntnisgewinn im Vergleich zur erreichten Aufregung. Du verstehst sicher, dass ich auf Postings von dir nicht mehr antworten werde. Trotzdem danke.

Mit freundlichem Gruß

Jan

Keine Verwirrung sondern Erkenntnisgewinn, denn erst durch deine Widerrede war ich gezwungen, die Sache genau zu durchdenken, daher danke für die Diskussion. Daneben habe ich mit Verzerrungsblindleistung einen neuen Begriff und seine Bedeutung gelernt.

Die Diskussion war ohnehin "Kür", denn den konkrete Messfehler hatte ich ja bereits aufgeklärt (wie dargestellt) und der ließ sich durch eine andere Schaltungsart des Leistungsmessers vermeiden.