Guten Abend, ich habe mal eine allgemeine Frage. Ist es möglich eine Wirkleistung direkt zu messen? Ich kenne zwei Möglichkeiten (aber eben nicht direkt): 1. Strom & Spannung messen (Scheinleistung) und mit Hilfe der Phasenverschiebung die Wirkleistung berechnen. 2. Strom und Spannung messen und über eine Periode integrieren (Mittelwertbildung). Beide Varianten sind sehr Fehleranfällig. Nehmen wir also an, die Spannung sei rechteckförmig und der Strom dreieckförmig (typisch bei DC/DC-Wandlern). Gibt es für zu den o.g. Messmethoden noch irgendwelche alternativen? Greetings
Heinz schrieb: > Gibt es für zu den o.g. Messmethoden noch irgendwelche alternativen? ja, so wie es jeder Zähler macht. Analog Spannung und Strom multiplizierne. Digital geht es genau so, einfach möglichst oft Spannung und Strom gleichzeitig messen und dann verechnen.
Peter II schrieb: > Digital geht es genau so, einfach möglichst oft Spannung und Strom > gleichzeitig messen und dann verechnen. Und bekommt man dann die Wirkleistung?
Heinz schrieb: > Und bekommt man dann die Wirkleistung? ich denke schon, denn der Zähler macht es nicht anders. Strom und spannung wirken Gleichzeitig auf eine Achse. Schau dir doch mal ein Datenblatt von einem Energie-Zähler-IC an.
Peter II schrieb: > ich denke schon, denn der Zähler macht es nicht anders. Strom und > spannung wirken Gleichzeitig auf eine Achse. Die Energieversorger gehen aber für den "Privatbereich" von einer sehr geringen Blindleistung aus. Wie funktioniert dann die Wirkleistungs/-Blindleistungsmessung in der Industrie (z.B. Walzwerk)?
Sample Spannung und Strom sehr viel schneller, als eine Netzperiode und sobald die Spannung einen Nulldurchgang von <0 nach >0 hat, speicherst du die Produkte von Spannung und Strom. Wenn die Periode vorbei ist, summierst du die Produkte auf und teilst durch die Zahl der Messwerte.
Heinz schrieb: > Wie funktioniert dann die Wirkleistungs/-Blindleistungsmessung in der > Industrie (z.B. Walzwerk)? http://de.wikipedia.org/wiki/Blindleistung#Messungen_im_Energieversorgungsnetz
Alleiniges Multiplizieren von Strom und Spannung reicht nur, wenn es sich um eine rein reelle Last handelt ( Cos Phi =1 ). Sobald aber die Last komplex wird, muss man das Produkt entweder noch mit dem Cos Phi multiplizieren, oder über 1 Periode integrieren. Da ändert auch nichts daran, wenn man innerhalb einer Periode möglichst viele Samples nimmt.
Ralph Berres schrieb: > Da ändert auch nichts > daran, wenn man innerhalb einer Periode möglichst viele Samples nimmt. wenn man innerhalb mehrfach misst, dann integrieren man ja schon.
Heinz schrieb: > Die Energieversorger gehen aber für den "Privatbereich" von einer sehr > geringen Blindleistung aus. kann schon sein, aber ein Zähler ist Wirkleistungszähler und das steht fest.
Ralph Berres schrieb: > Alleiniges Multiplizieren von Strom und Spannung reicht nur, wenn es > sich um eine rein reelle Last handelt ( Cos Phi =1 ). Sobald aber die > Last komplex wird, muss man das Produkt entweder noch mit dem Cos Phi > multiplizieren, oder über 1 Periode integrieren. Da ändert auch nichts > daran, wenn man innerhalb einer Periode möglichst viele Samples nimmt. Ich verstehe Deinen Beitrag irgendwie nicht im Zusammenhang mit Wirkleistung. Wenn ich auf einem Graphen den Strom- und Spannungsverlauf zeichne, dann ist die Wirkleistung das Integral über die Differenzfunktion beider Funktionen. Wenn ich den cos-Phi mit einbeziehe, so gehe ich matematisch davon aus, dass Stromverlauf und Spannungsverlauf in Phase sind, also abgesehen von der Amplitude kongruent sind. Das kenne ich allerdings als Scheinleistung.
Was beim reinen Multiplizieren von Strom und Spannung rauskommt, ist die Scheinleistung. ( Also die geometrische Addition von Wirk und Blindleistung ). Um auf die Wirkleistung zu kommen , muss man mit dem Cos Phi multiplizieren. Bei einen Cos Phi von 1 ist keine Blindleistung vorhanden, da die Last Reell, somit ist die Scheinleistung = der Wirkleistung. Kann man nachlesen in http://www.elektrotechnik-fachwissen.de/wechselstrom/leistung-wechselstrom.php Radio Rim hat mal ein Leistungsmessgerät gebaut welches direkt die Wirkleistung messen konnte, die haben es genau wie beschrieben gemacht. Strom und Spannung multipliziert, und dann integriert. Ralph Berres
nicht ganz. Beim multiplizieren der Effektivwerte kommt die Scheinleistung raus. Beim multiplizieren der Momentanwerte kommt die momentane (Wirk) leistung raus. Blindleistung selber ist auch nur eine Wirkleistungspendelung. Wenn mann den Momentanwert der Wirkliestung nur lange genug aufintegriert dann bekommt man die mittlere Wirkleistung über den betrachteten Zeitbereich raus. Es gibt eine recht eine einfache Möglichkeit sowas im uC zu realisieren: Spannung und Strom müssen sehr schnell (also mindestens 10x der Schaltfrequenz Deines Wandler) abgetastet und miteinander multpliziert werden. Achtung: die Abtastung muss zeitgleich erfolgen! Dann einen Tiefpass rechnen, man kann auch mehrere hintereinander rechnen. Damit hat man quasi einen Mittelwert über ein gleitendes Fenster gebildet. Mit den Eckfrequenzen kannst Du ein bischen rumprobieren.. Grüße OR
> Achtung: die Abtastung muss zeitgleich erfolgen!
Nö. Aus Zeitmagel verweise auf eine AN von TI.
Vielen Dank für eure Antworten! Ich möchte aber nun nochmals etwas einwerfen. Nehmen wir mal an es ist eine Induktivität vorhanden (L=200uH). Diese Induktivität wird mit einer sinusförmigen Spannung & einem sinusförmigen Strom beaufschlagt. Die Frequenz beläuft auf 15 kHz, der reale Widerstand der Induktivität (Draht, Skin, etc.) beträgt 20 mOhm. Nun kann gerechnet werden: Xl=2*pi*15kHz*200uH=19 Ohm; Rl=20 mOhm; Die beiden Widerstände liegen ungefähr den Faktor 1000 auseinander, was einem Winkel in der komplexen Ebene von ~ 89.94° gleich kommt. Wie misst man bei so einer Konstellation nun direkt die Wirkleistung? Mit eurem cos(phi) usw. kommt man da wohl nicht sehr weit! :) Viele Grüße
Heinz schrieb: > ie misst man bei so einer Konstellation nun direkt die Wirkleistung? > Mit eurem cos(phi) usw. kommt man da wohl nicht sehr weit! :) doch kommt man, warum sollt die Formal nicht für 89.94° gelten? bei Sinus kann man ja schön die Phasenverschiebung messen das ist ja der einfache fall. Schwer wird es ja erst wenn es kein Sinusförmer strom mehr ist.
Peter II schrieb: > bei Sinus kann man ja schön die Phasenverschiebung messen das ist ja der > einfache fall So einfach kann das doch nicht sein! 1/20kHz=50 µs, dass entspricht 360°. ~140ns entsprechen ungefähr einem Grad. Wie schnell muss man dann also Abtasten um den Nulldurchgang in Bezug auf 1% Genauigkeit bezogen auf die 0,06° zu bekommen? ;) Hintergrund der ganzen "Fragerei" ist, dass ich ein Bastelprojekt beginnen wollte, welches mir typische Kennwerte (L,R,C) von Induktivitäten aufnimmt. Aber bei genauerer Betrachtung kann man es wohl vergessen...
Heinz schrieb: > Hintergrund der ganzen "Fragerei" ist, dass ich ein Bastelprojekt > beginnen wollte, welches mir typische Kennwerte (L,R,C) von > Induktivitäten aufnimmt. Kennst du das schon? http://www.sprut.de/electronic/pic/projekte/lcmeter/lcmeter.htm
Ralph Berres schrieb: > Alleiniges Multiplizieren von Strom und Spannung reicht nur, wenn es > sich um eine rein reelle Last handelt ( Cos Phi =1 ). Sobald aber die > Last komplex wird, muss man das Produkt entweder noch mit dem Cos Phi > multiplizieren, oder über 1 Periode integrieren. Da ändert auch nichts > daran, wenn man innerhalb einer Periode möglichst viele Samples nimmt. Du musst nicht nur die Samples nehmen, sondern Spannungs- und Stromsamples sofort miteinander multiplizieren. Dann kommt nach Bildung der Produktsumme über eine Periode sofort die Wirkleistung raus, auch bei beliebig von der Sinusform abweichenden Schwingungen. Gruss Harald PS: ICs, die die Prouktsumme mit ziemlich hoher Geschwindigkeit bilden können, gab es übrigens sachon vor über 30Jahren.
Heinz schrieb: > Nehmen wir mal an es ist eine Induktivität vorhanden (L=200uH). > Diese Induktivität wird mit einer sinusförmigen Spannung & einem > sinusförmigen Strom beaufschlagt. > Die Frequenz beläuft auf 15 kHz, der reale Widerstand der Induktivität > (Draht, Skin, etc.) beträgt 20 mOhm. > > Nun kann gerechnet werden: > Xl=2*pi*15kHz*200uH=19 Ohm; > Rl=20 mOhm; > > Die beiden Widerstände liegen ungefähr den Faktor 1000 auseinander, > was einem Winkel in der komplexen Ebene von ~ 89.94° gleich kommt. > > Wie misst man bei so einer Konstellation nun direkt die Wirkleistung? > Mit eurem cos(phi) usw. kommt man da wohl nicht sehr weit! :) Abgesehen von den grundsätzlichen Problemen, die beim Messen von solch kleinen Werten gibt, reicht es bei Sinusschwingungen immer aus, wenn man Strom, spannung und cos phi misst. Die punktweise Multiplikation von Spannung und Strom funktioniert hier zwar auch, ist aber huptsäclich bei nichtsinusförmigen Strömen wichtig( Stich- wort: Schaltnetzteil) Die von Dir angegebenen Messwerte verlangen aber schon professionelle Meßgeräte. Mit dem typischen Amateurequipment kommst Du da nicht weit. Andererseits haben die in billigen Leistungsmessgeräten ver- bauten Spezial-ICs oft schon eine erstaunlich hohe Genauigkeit. Gruss Harald
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