Um diese Frage zu beantworten, nehmen wir den DS50ID Stromwandler als Beispiel.
Im Datenblatt finden wir die folgenden Informationen.
Die folgende Abbildung zeigt die einzelnen Daten zum Primärstrom.
Der Stromwandler kann im grünen Bereich betrieben werden.
Ein Primärstrom oberhalb der Überlastkapazität (IOL) kann den Stromwandler unabhängig von seiner Dauer beschädigen.
Ein Primärstrom zwischen 150 A und 1500 A über ein Zeitintervall von 100 ms bis ~1 s könnte den Sensor möglicherweise ebenfalls beschädigen, wenn es nicht den Advanced Sensor Protection Circuit (ASPC) gäbe.
Die Eigenschaften dieser Schutzmethode werden im Benutzerhandbuch in Kapitel „4.9 Advanced Sensor Protection Circuit (ASPC)“ beschrieben.
Ein Primärstrom zwischen mindestens 75 A (abhängig von den Werten der Bürde und des Kabelwiderstands, der Versorgungsspannungen, der Umgebungstemperatur usw.) und 1500 A über einen Zeitraum von mehr als ~1 s bringt den Stromwandler in Sättigung und aktiviert die ASPC.
Weitere Informationen finden Sie im Benutzerhandbuch in den Kapiteln „4.3 Sättigungsverhalten“ und „4.9 Advanced Sensor Protection Circuit (ASPC)“.
Das 1-V-Modul ist rein passiv und verfügt über einen Messwiderstand.
Das 10 V-Modul hingegen verfügt über eine aktive Verstärkerschaltung.
Aus diesem Grund gibt es beim 1-V-Modul keinen Offset-Fehler, und es kann in dieser Hinsicht als genauer eingestuft werden.
Auch der Verhältnisfehler ist etwas geringer als beim 10-V-Modul.
Diese Daten finden Sie im Datenblatt der Schnittstelleneinheit DSSIU-6-1U-V.
Alle Daten zur Berechnung der Genauigkeit des Stromwandlers finden Sie im Datenblatt. Die Berechnung wird für den DS200UB-10V durchgeführt.
Wenn Sie ein gemischtes Signal haben, sollte die Genauigkeit für jede Frequenzkomponente berechnet werden.
In diesem Beispiel werden wir die Genauigkeit für das DC-Signal berechnen.
Daher verwenden wir die Genauigkeitsdaten, die für die Frequenz unter 10 Hz angegeben sind (<10 Hz).
Der gesamte Verhältnisfehler kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden.
Diese Formel finden Sie im Datenblatt auf Seite 3.
Die Daten finden Sie im Datenblatt wie folgt.
Wenn wir nun die Genauigkeit der Amplitude für 10 A berechnen, lautet die Gleichung wie folgt.
Wenn Sie 10 A Primärstrom messen und Ihr Messgerät das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers berücksichtigt hat
erhalten Sie eine Sekundärspannung von
wenn Sie einen idealen Stromwandler ohne Amplitudenfehler haben.
Aber wir haben einen .
This means that your measuring device shows a voltage between the following calculated values.
Der prozentuale Amplitudenfehler bei einem Momentanwert von 10 A kann wie folgt berechnet werden.
Der Verhältnisfehler kann durch Kompensation des Offsetfehlers verringert werden.
Der Verhältnisfehler kann nun für jeden Primärstrom berechnet werden.
Auch für sehr kleine Werte.
Bitte beachten Sie, dass der Verhältnisfehler bei kleineren Primärströmen zunimmt.
Die Phasenverschiebung ist im Datenblatt für Frequenzkomponenten unter 10 Hz mit 0,01 ° angegeben.
Grafisch ergibt sich daraus das folgende Diagramm.
Dies hängt von der Auflösung m in Bits Ihres Analog-Digital-Wandlers (ADC) ab.
Diese bestimmt die Anzahl der Schritte M, die mit berechnet werden können.
Der Wert einer Stufe (least significant bit – LSB) ist ein Parameter der theoretischen Auflösung des ADC in Bezug auf seinen analogen Ausgangsbereich. Nehmen wir zum Beispiel an, dass der Messbereich des Signaleingangs für das DS50UB-10V mit angegeben ist.
Wenn nun ein Gleichstrom von +50 A durch das DS50UB-10V fließt, ergibt dies 10 V auf der Sekundärseite des Stromwandlers. Das Übersetzungsverhältnis ist definiert als V/A = 1/5.
Die Verwendung von ADCs mit höherer Auflösung erhöht im Allgemeinen die Anforderungen an rauscharme Komponenten, Abschirmung und Erdungskonzepte.
Es handelt sich also um mathematische Werte.
Leistungsanalysatoren verwenden in der Regel die folgende Grundformel zur Berechnung der Wirkleistung.
So werden die digitalisierten Momentanwerte der Spannung v(t) und des Stroms i(t) miteinander multipliziert und die Ergebnisse über ein definiertes Zeitfenster aufsummiert.
Grundsätzlich werden Gleichstromkomponenten, alle harmonischen und nichtharmonischen Komponenten bis zur Bandbreitengrenze oder Filtergrenzfrequenz des Netzanalysators berücksichtigt.
Die Grenzfrequenz eines Leistungsanalysators ist die Frequenz, die eine Grenze zwischen einem Durchlassbereich und einem Sperrbereich für die Messsignale kennzeichnet, die an die Eingangskanäle angelegt werden.
Der Durchlassbereich besteht aus dem Bereich der Frequenzen, die der Filter durchlässt (minimale Dämpfung), und der Sperrbereich besteht aus dem Bereich der Frequenzen, die der Filter zurückweist (hohe Dämpfung).
Die Grenzfrequenz wird manchmal als der Punkt in der Filterreaktion angesehen, an dem sich ein Übergangsband und ein Durchlassband treffen, z.B. definiert als der Punkt, an dem der Ausgangspegel des Filters um 50% (d.h. ±3 dB, da ein Abfall/Anstieg von 3 dB ungefähr der halben Leistung entspricht) des In-Band-Pegels fällt/steigt, wobei ein konstanter Eingangspegel angenommen wird.
Sie wird manchmal auch als halbe Leistung oder ±3 dB-Frequenz bezeichnet.
Der Sperrbereich des Filters ist im Wesentlichen das Frequenzband, das vom Filter zurückgewiesen wird.
Es beginnt an dem Punkt, an dem der Filter den erforderlichen Grad der Unterdrückung erreicht.
Die Eingangssignale der Messkanäle werden bei der Grenzfrequenz mit -3 dB gedämpft.
Alle Frequenzkomponenten oder Rauschsignale oberhalb dieser Grenzfrequenz werden gedämpft.
Aufgrund der Zeitverzögerung, die durch den Tiefpassfilter erzeugt wird, sollten alle interagierenden Kanäle die gleichen Filtereigenschaften haben.
Andernfalls muss die interne Software des Messgeräts eine zusätzliche Zeitverzögerung für einen anderen Filtertyp kompensieren.
Sie benötigen einen 50-Ohm-Widerstand im Messkanal, der dem Wellenwiderstand des Koaxialkabels entspricht, wenn Reflexionen am Anschlusskabel auftreten können, d.h. bei der Messung von hochfrequenten Signalen oder steilflankigen Impulsen.
Ohne einen solchen Abschluss an einem oder beiden Enden des Kabels kann eine reflektierte Welle im Kabel mehrmals hin und her laufen.
Das Messsignal kann auf diese Weise stark verzerrt werden.
Es wird allgemein empfohlen, für Spannungssignale hochohmige Eingänge ab 1 MOhm zu verwenden.
Der unerwünschte Stromfluss durch einen hochohmigen Widerstand im Messgerät wird sehr gering gehalten, was negative Auswirkungen auf unsere spezifizierte Genauigkeit reduziert.
Heutzutage verursachen nichtlineare Lasten wie Schaltnetzteile nicht nur harmonische Verzerrungen im Stromnetz, sondern sind oft auch für elektromagnetische Strahlung verantwortlich.
So werden beispielsweise magnetische Streufelder von Wicklungskomponenten und elektrische Streufelder von Leitern mit hohen Impulsspannungen erzeugt.
Diese Felder können in den Stromwandler einkoppeln.
Oszilloskope können zur Aufzeichnung dieser Schwingungen verwendet werden.
Mit einem DS50UB-10V ohne angeschlossene Stromversorgung und ungeerdetem Gehäuse kann eine Schwingung von ca.
44 MHz über den BNC-Anschluss festgestellt werden.
Diese Oszillation entspricht einem Primärstrom von ca.
20 mA Spitze zu Spitze.
Die Messung wurde auf einem Standard-Heimbüro-Schreibtisch durchgeführt.
Die Störung liegt außerhalb der spezifizierten Bandbreite des Stromwandlers von 500 kHz.
Ein Tiefpassfilter im einstelligen MHz-Bereich könnte diese Störung deutlich reduzieren.
In Laboreinrichtungen sind immer Netzteile im Einsatz.
Neben dem Laptop benötigen auch Messgeräte wie Oszilloskope ein Netzteil, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.
Um den internen Transformator so klein wie möglich zu halten, wird die Netzspannung in Hochfrequenzen invertiert.
Dadurch entsteht eine elektromagnetische Strahlung, die Sie beispielsweise mit einem kurzgeschlossenen Oszilloskop-Tastkopf qualitativ nachweisen können.
Diese Strahlung kann z.B. das innere Loch des Stromwandlers durchdringen und ist daher im Sekundärsignal zu erkennen.
Eine Oszillation bei ca.
3,33 MHz ist auf dem Bild oben zu sehen.
Die Stromwandler haben keinen Tiefpassfilter am Ausgang, so dass diese Signale im Allgemeinen nicht abgeschwächt werden.
Für Oszilloskopanwendungen wird empfohlen, Oszilloskope zu verwenden, die das Eingangssignal filtern können, so dass hochfrequente Störungen minimiert werden.
Ja, das ist richtig.
Normalerweise ist die Erregungsfrequenz des Stromwandlers, die im Datenblatt angegeben ist, zu sehen.
Beim DS50UB-10V zum Beispiel ist die Erregungsfrequenz mit 31,25 kHz angegeben.
Diese Schwingung ist Teil des DC-Versorgungsstroms.
Aufgrund der speziellen Kernkonstruktion unserer Stromwandler ist das Fluxgate-Element, das für die Erfassung des Gleichstroms zuständig ist, gegen elektromagnetische Felder abgeschirmt.
Eine Änderung des Abstands zum Rückleiter beeinflusst die Genauigkeit im ppm-Bereich.
Aber natürlich ist es immer gut, den Abstand zum Rückleiter oder zu anderen potenziellen Störquellen zu vergrößern.
In vielen Fällen liegt die spezifizierte Bandbreite des Stromwandlers unterhalb der Bandbreite des Messgeräts.
Signalanteile, die oberhalb der spezifizierten Bandbreite des Stromwandlers auf die Sekundärseite übertragen werden, können erheblich verstärkt oder abgeschwächt werden.
Die Bandbreite der Stromwandler wird nicht durch einen Tiefpassfilter mit der entsprechenden Grenzfrequenz begrenzt.
Laut den Danisense-Datenblättern haben alle Stromwandler eine bestimmte Bandbreite.
Den Wert finden Sie auf Seite 2.
Störsignale oder höherfrequente Komponenten im Primärsignal können durch den Stromwandler im Bereich zwischen der angegebenen Bandbreite des Stromwandlers und der Grenzfrequenz verstärkt oder abgeschwächt werden, was die Messwerte verfälschen kann.
Dies ist das erwartete Verhalten der Danisense Stromwandler.
Durch das Fehlen der Stromversorgung kann der Stromwandler die magnetische Flussdichte in den Magnetkernen vorübergehend nicht mehr gegen 0 regeln.
Deshalb werden diese Stromwandler auch als Null-Fluss-Stromwandler bezeichnet.
Wenn der Primärstrom nicht abgeschaltet wird, erzeugt er weiterhin ein Magnetfeld und damit einen magnetischen Fluss in den Eisenkernen.
Wenn der Stromwandler durch Einstecken des DSUB-Kabels wieder in Betrieb genommen wird, bleibt die grüne LED dunkel und das Gerät bleibt im Fehlerzustand.
Die Erklärung dafür ist, dass sich der Flux-Gate-Detektor aufgrund der Existenz des Primärstroms vor dem Einschalten des Stromwandlers in Sättigung befindet, so dass die Steuerung des Stromwandlers nicht in der Lage ist, das Magnetfeld im Inneren des Kerns zu löschen/aufzuheben.
Die Folge kann ein größerer Offset-Fehler / Magnetisierung des Kerns sein.
Um die angegebenen Fehlerwerte wieder zu erreichen, sollte der Primärstrom nur eingeschaltet werden, wenn die Stromversorgung des Stromwandlers korrekt ist.
Nur so kann gewährleistet werden, dass keine Restmagnetisierung der Eisenkerne auftritt.
Wenn das DSUB-Kabel während des Testbetriebs versehentlich vom Stromwandler getrennt und dann wieder angeschlossen wird, muss der Primärstrom auf Null gesetzt werden.
Danach sollte der Stromwandler wieder wie erwartet funktionieren.
Im Allgemeinen können Sie den ohmschen Widerstand erhöhen, wenn Sie kleine Primärströme messen.
In den meisten Datenblättern finden Sie die Abbildung 2.
Wenn der Primärstrom bei Verwendung eines hochohmigen Bürdenwiderstands ansteigt, erhöht sich die Spannung über dem Bürdenwiderstand und irgendwann schaltet das Relais im Wandler den Wandler aus.
Der Mechanismus besteht darin, dass der Operationsverstärker im DCCT keinen Strom mehr liefern kann, wenn die hohe Spannung am Bürdenwiderstand nahe der DCCT-Versorgungsspannung erreicht wird, und der Magnetkern den Null-Fluss-Betrieb verlässt, d.h. der Flux-Gate-Detektor in die Sättigung geht.
Dies führt dazu, dass das Relais den Ausgang des Wandlers abschaltet.
Dies ist das erwartete Verhalten des Stromwandlers. Der Grund dafür ist, dass der Offset-Fehler des Messwertaufnehmers innerhalb der Spezifikation bleiben soll.
Der Fluxgate-Detektor befindet sich in der Sättigung und kann den Kompensationsstrom nicht steuern. Daher werden die Relaiskontakte geschlossen und die Wicklung kurzgeschlossen, um die Elektronik zu schützen.
Deutsch
