Guten Tag, meine Aufgabe besteht darin, die Höhe und Dauer des Einschaltstromes eines elektronischen Gerätes zu bestimmen. Der Hintergrund ist, dass diese Informationen benötigt werden, um eine Sicherung auszulegen. In den Datenblättern von Sicherungen sind oft Strom-Zeit-Kennlinien angegeben, die angeben, wie lange die Sicherung einem bestimmten Strom standhalten kann. Wie die Höhe des Einschaltstroms gemessen werden kann, ist mir bekannt. Meine Frage bezieht sich auf die Dauer des Einschaltstroms. Um diese messen zu können, muss ich zunächst wissen, was ich messen möchte. Gibt es eine allgemein anerkannte Definition für die Dauer des Einschaltstroms? Wenn es keine solche gibt, muss ich eine eigene Definition aufstellen. Gibt es Vorschläge, wie die Dauer des Einschaltstroms sinnvoll definiert werden könnte? Liebe Grüße Felix
Sieh Dir den Verlauf der Stromaufnahme über die Zeit an. Wenn der Strom beim Einschalten einfach nur auf einen bestimmten Wert ansteigt, und sich dann nicht mehr verändert, dann gibt es keine Einschaltstromdauer. Steigt der Strom aber beim Einschalten auf einen bestimmten Wert an, um dann auf einen anderen, dauerhaft beibehaltenen Wert abzufallen, dann gibt es eine Einschaltstromdauer, nämlich die Dauer der erhöhten Stromaufnahme. So etwas hat man beispielsweise bei Motoren, solange die Solldrehzahl nicht erreicht ist, nimmt der Motor mehr Strom auf als er benötigt, um die Drehzahl zu halten. Hier sieht man so etwas am Beispiel einer Festplatte: http://209.68.14.80/ref/hdd/op/z_seagate_12Vprofile.gif (Quelle: http://209.68.14.80/ref/hdd/op/spinPower-c.html)
Felix schrieb: > Gibt > es eine allgemein anerkannte Definition für die Dauer des > Einschaltstroms? Nein. Hängt sehr von der Geräteart ab (Glühlampe, Motor, Trafonetzteil, Schaltnetzteil usw.).
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Peter D. schrieb: > Nein. Ich denke, man kann schon die von Harald K. genannte Ausführung als Basis nehmen. Der TO will ja nicht eine allgemeine Aussage über den Wert und die Dauer von erhöhten Einschaltströmen sondern, wie ich es verstehe, für sein Gerät bestimmen, wie lange der Strom erhöht ist um die passende Sicherung auszulegen. Dann den i²t-Wert bestimmen und mit der Sicherungspezifikation vergleichen. Klar, dass jede Last hier einen eigenen Wert liefert.
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Ja, ich interessiere mich für eine Methode, um zu bestimmen, wie lange der Strom erhöht ist. Ich bin soeben auf folgendes White Paper gestoßen: https://www.evg.de/media/images/content/pdf/Auswahl-Sicherung-DE.pdf Dort wird eine Zeitwert τ bestimmt, bei dem der Strom 37 % des Spitzenwertes erreicht hat. Der I2t-Wert mit dann mit folgender Formel berechnet werden:
Anbei ist ein Screenshot des Einschaltstromes in meinem Fall (CH1: Spannung über 200 mΩ Shunt-Widerstand, CH2: Am System anliegende Spannung) Wie man leicht erkennen kann, handelt es sich nicht um eine exponentielle Kurve wie im White Paper, sondern um eine kompliziertere Kurve. Daher kann ich die 37 %-Grenze nicht einfach auf meinen Fall übertragen. Gibt es eine Möglichkeit, einen solchen Zeitwert für diesen Fall zu bestimmen?
Felix schrieb: > ... sondern um eine kompliziertere Kurve. Tu doch einfach so, als ob die Kurve den exponentiellen Verlauf bis zum Anfang hatte - als worst case Betrachtung - und berechne nach deinem geposteten Papier von schurter.com. Harald K. schrieb: > Mich würde der Nulldurchgang auf Kanal1 irgendwie beunruhigen. Der TO hat nichts gesagt zur Art, wie er einschaltet. Kontaktprellen vielleicht? Dazu könnten die 20µs/div doch passen. Vielleicht hat auch deshalb die Kurve den nicht erwarteten Verlauf.
Klaus H. schrieb: > Der TO hat nichts gesagt zur Art, wie er einschaltet. Kontaktprellen > vielleicht? Dazu könnten die 20µs/div doch passen. Ich habe einen elektronischen Schalter verwendet. Der Nulldurchgang ist zudem reproduzierbar. Deshalb gehe ich nicht davon aus, dass es sich um Prellen handelt. Eine Erklärung habe ich allerdings nicht.
Felix schrieb: > Eine Erklärung habe ich allerdings nicht. Dann sind irgendwo noch L und C beteiligt.
Felix schrieb: > Ich bin soeben auf folgendes White Paper gestoßen: > https://www.evg.de/media/images/content/pdf/Auswahl-Sicherung-DE.pdf > Dort wird eine Zeitwert τ bestimmt, bei dem der Strom 37 % des > Spitzenwertes erreicht hat. Ja und was sagt uns der Artikel? Eine Stromspitze von 13 A hat bei 37% einen Wert von 4,81 A. Im Diagramm werden 5,4 A bei 6 ms ausgewiesen. Der Text passt nicht zum Diagramm. Dies Diagramm ist die klassische Ausschaltfunktion eine Kondensators. Bei 37% hat man Tau erreicht. Solch eine Funktion gibt es auch bei Induktivitäten. mfg klaus
Felix schrieb: > Spannung über 200 mΩ Shunt-Widerstand, Felix schrieb: > Ich habe einen elektronischen Schalter verwendet. Ich mache mir Gedanken über deren Einfluß: Bei 5V Speisung und 0,2 Ohm können maximal 25 Ampere fließen. Auf dem Scope 7,4 Volt an 0,2 Ohm gibt 37 Ampere, dazu der negative Überschwinger - ich bezweifele den Meßaufbau insgesamt.
Manfred P. schrieb: > Ich mache mir Gedanken über deren Einfluß: Bei 5V Speisung und 0,2 Ohm > können maximal 25 Ampere fließen. Wenn das die Quelle hergibt. mfg Klaus
Da ist nichts definiert. Weder die Höhe des maximalen Stroms noch die Dauer bis zu dessen Stabilisierung noch die Form einer eventuellen Kurve. Das ist vollständig vom gegebenen System abhängig. Meist von der Last im Anlaufzeitpunkt. Also von fast Null bis zu mehreren Minuten. Die Gruppe Deep Purple hat mal das Geräusch eines anlaufenden Lüfters in den Beginn eines Stückes integriert. Der brauchte mehrere Sekunden bis er in die Gänge kam. Auch kann es recht Stufig zugehen, wenn z.B. bei Geräten die unter Volllast anlaufen, eine Stern-/Dreieck-Umschaltung nötig ist. Sogar die Gründe für das aktuelle Verhalten können Variieren. Dicke Kondensatoren in der Stromversorgung – Thermische Abhängigkeiten (Klassische Glühlampe) – Massen die auf Touren kommen müssen usw.
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Manfred P. schrieb: > Ich mache mir Gedanken über deren Einfluß: Bei 5V Speisung und 0,2 Ohm > können maximal 25 Ampere fließen Die Versorgung hat 15 V laut Scopebild. CH2 5V/Div.
Klaus R. schrieb: > Manfred P. schrieb: >> Ich mache mir Gedanken über deren Einfluß: Bei 5V Speisung und 0,2 Ohm >> können maximal 25 Ampere fließen. > > Wenn das die Quelle hergibt. > mfg Klaus pruckel irrt halt. Es ist KEINE 5V sondern eine 15V Quelle. Zu den 0,2 Ohm kommen noch Leitungs- und Kontaktübergangswiderstände, etc.
Klaus H. schrieb: > Dann sind irgendwo noch L und C beteiligt. Das könnte gut sein. Anbei sind zwei Screenshots von Messungen mit 1 Ω (1Ohm.png) bzw. 5 Ω (5Ohm.png) Shunt-Widerstände. Durch den den größeren Widerstand wird die Schwingung stärker gedämpft. Die größeren Widerstände begrenzen jedoch auch die Höhe und verlängern die Dauer des Einschaltstroms.
Felix schrieb: > Meine Frage bezieht sich auf die Dauer des Einschaltstroms. Um diese > messen zu können, muss ich zunächst wissen, was ich messen möchte. Gibt > es eine allgemein anerkannte Definition für die Dauer des > Einschaltstroms? Für eine thermische Sicherung gibt es vorrangig ein Stichwort: I²t-Integral. - https://de.wikipedia.org/wiki/Grenzlastintegral Da kann man dann erkennen: je dicker der Sicherungsdraht ist, umso mehr "Überlast" kann er für längere Zeit in Wärme einlagern. Am meisten hält er aus, wenn er dick und gewendelt ist. Felix schrieb: > Ja, ich interessiere mich für eine Methode, um zu bestimmen, wie lange > der Strom erhöht ist. Für das Gerät: so lange, bis er auf dem Normalwert ist. Für eine Sicherung: so lange, bis er unter dem Nennwert (also dem Strom, den sie dauerhaft "abkann") abgefallen ist.
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Vielen Dank für Eure Hinweise auf den i²t-Wert. Ich entdeckte, dass sich die Werte der Kurven beim verwendeten digitalen Oszilloskop als csv-Datei exportieren lassen. Das ermöglicht das Grenzlastintegral durch numerische Integration zu berechnen. Das Grenzlastintegral habe ich wieder für Messwiderstände 0,2 Ω, 1 Ω und 5 Ω berechnet. Ich erwartete, dass das Grenzlastintegral in allen drei Fällen etwa gleich groß ist, da es proportional zur Arbeit an einer hypothetisch eingebauten Sicherung ist. Tatsächlich ist das Grenzlastintegral bei einem 0,2 Ω Messwiderstand etwa 10 mal so groß wie das bei einem 5 Ω Messwiderstand. Zusätzlich zum Grenzlastintegral berechnete ich auch die elektrische Ladung
Hier maß ich deutlich kleinere Unterschiede. (bei 24 V Spannungsversorgung)
1 | Shunt-Widerstand | Ladung Q | Grenzlastintegral |
2 | ------------------|--------------|-------------------
|
3 | 0,2 Ω | 6,0 mC | 0,109 A²s |
4 | 1 Ω | 8,6 mC | 0,079 A²s |
5 | 5 Ω | 5,3 mC | 0,011 A²s |
Mathematisch ist dieses Ergebnis nicht sonderlich verwunderlich. Wenn man als Beispiel die Dichtefunktion einer Normalverteilung betrachtet und die Standardabweichung σ variiert, so bleibt die Fläche unter der Kurve immer gleich 1, die Fläche unter der quadrierten Dichtefunktion ändert sich jedoch. https://www.geogebra.org/calculator/mwrtxhzx Doch wie ist diese Beobachtung elektrotechnisch zu interpretieren?
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