{"id":19132,"date":"2026-01-09T10:19:43","date_gmt":"2026-01-09T10:19:43","guid":{"rendered":"https:\/\/danisense.com\/documentation\/messbereichserweiterung-fuer-leistungsanalysatoren\/"},"modified":"2026-01-13T10:27:26","modified_gmt":"2026-01-13T10:27:26","slug":"messbereichserweiterung-fuer-leistungsanalysatoren","status":"publish","type":"documentation","link":"https:\/\/danisense.com\/de\/documentation\/messbereichserweiterung-fuer-leistungsanalysatoren\/","title":{"rendered":"Messbereichserweiterung f\u00fcr Leistungsanalysatoren"},"content":{"rendered":"\t\t
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Messbereichserweiterung f\u00fcr Leistungsanalysatoren<\/h1>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\tWelche Genauigkeit ben\u00f6tige ich f\u00fcr meine aktuellen Schallk\u00f6pfe? Danisense! <\/span>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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1 Einleitung<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Bei der Messung von Str\u00f6men im Bereich der Leistungsanalyse \u00fcber 30 A werden hochgenaue Stromwandler\nben\u00f6tigt, die den Prim\u00e4rstrom in ein messbares Sekund\u00e4rsignal f\u00fcr den Power Analyzer (PA) umwandeln k\u00f6nnen.\n<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Stromwandler sollten in der Lage sein, die Amplituden pr\u00e4zise auf die Sekund\u00e4rseite zu \u00fcbertragen. Selbst kleine\n\u00dcbersetzungsfehler k\u00f6nnen zu gro\u00dfen Abweichungen bei der Bestimmung von Wirkungsgraden und Verlusten f\u00fchren. Dies liegt daran, dass Verluste nicht\ndirekt gemessen werden k\u00f6nnen und nur als Differenz zwischen der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung\nberechnet werden k\u00f6nnen. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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2 Der Einfluss des Verh\u00e4ltnisfehlers<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Mit den in Abbildung 1 verwendeten Leistungswerten kann nun eine Beispielrechnung f\u00fcr Stromwandler mit der Verh\u00e4ltnisgenauigkeit\nvon 0,1% durchgef\u00fchrt werden. Im ung\u00fcnstigsten Fall wird der Messwert der Eingangsleistung\num 0,1% erh\u00f6ht und gleichzeitig der Messwert der Ausgangsleistung um 0,1% verringert. Daraus ergibt sich der\ngr\u00f6\u00dfte m\u00f6gliche Fehler bei der Berechnung der Verlustleistung. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wenn Stromwandler mit einer Genauigkeit von 0,1% zur Messung der Eingangs- und Ausgangsleistung verwendet werden, kann die berechnete\nVerlustleistung des Testger\u00e4ts, z.B. eines Frequenzumrichters, im schlimmsten Fall um 3,9% vom wahren Wert abweichen\n.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Das folgende Diagramm (Abbildung 3) zeigt die Auswirkungen verschiedener Verh\u00e4ltnisfehler bei der Strommessung auf die\nprozentualen Abweichungen bei der Verlustberechnung. In der Praxis m\u00fcssen auch die Messfehler des Leistungsanalysators oder der Sensoren von\nber\u00fccksichtigt werden. Der berechnete Wert von 3,9% ist auf der gr\u00fcnen Linie f\u00fcr\ndie Genauigkeit von 0,1% markiert. Der prozentuale Fehler bei der Verlustberechnung steigt mit der Effizienz des Ger\u00e4ts unter\nTest <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Um den Fehler so gering wie m\u00f6glich zu halten, selbst bei Frequenzumrichtern oder Motoren mit hohem Wirkungsgrad, sind die hochgenauen Fluxgate-Stromwandler von Danisense die perfekte Wahl. Die Genauigkeiten f\u00fcr den Verh\u00e4ltnisfehler liegen im ppm-Bereich. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Zus\u00e4tzlich zu einem sehr kleinen DC-Offset, der von den meisten Messger\u00e4ten kompensiert werden kann, wird der Verh\u00e4ltnisfehler auf dem Datenblatt\nin zwei Werte aufgeteilt. Der erste Wert ist der prozentuale Fehler des Messwerts. Der zweite\nWert ist ein fester Wert \u00fcber den gesamten Strommessbereich, der als Prozentsatz des Full-Scale-Wertes\nangegeben wird. Als Beispiel finden Sie die folgende Tabelle im aktuellen Datenblatt des DN1000ID1. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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https:\/\/danisense.com\/wp-content\/uploads\/DN1000ID.pdf<\/mark><\/a><\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Mit dieser Information kann der gesamte Messfehler \u2208\ud835\udc61\ud835\udc5c\ud835\udc61 in Abh\u00e4ngigkeit vom Prim\u00e4rstrom berechnet werden.\nDer DC-Nennstrom \ud835\udc3c\ud835\udc43\ud835\udc41 \ud835\udc37\ud835\udc36 betr\u00e4gt laut Datenblatt 1000 A.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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F\u00fcr den DN1000ID bei 50 Hz ergibt sich daraus das folgende Diagramm in Abbildung 5 f\u00fcr den Gesamtverh\u00e4ltnisfehler.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Im unteren Erregungsniveau sind die prozentualen Fehler aufgrund der umgekehrt proportionalen Funktion des\nGesamtfehlers h\u00f6her. Bereits ab 100 A Prim\u00e4rstrom sind die Fehlerwerte optimal f\u00fcr die Leistungsanalyse. \n<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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3 Einfluss der Phasenverschiebung<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Der Phasenfehler der verwendeten Stromwandler f\u00fchrt auch zu einem zus\u00e4tzlichen Fehler bei der Messung der Leistung\n. Die Grundlage hierf\u00fcr ist das allgemein bekannte Leistungsdreieck und der Leistungsfaktor, der \u00fcber das Leistungsdreieck\ndefiniert ist. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Ein Phasenfehler des Stromsensors ver\u00e4ndert den Phasenwinkel \u0398 zwischen dem Strom- und Spannungssignal. Die Auswirkung\nauf den prozentualen Fehler bei der Messung der Wirkleistung h\u00e4ngt stark vom Leistungsfaktor des Systems ab,\nda die trigonometrischen Funktionen nichtlinear sind. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wenn das zu testende Ger\u00e4t Wirk- und Blindleistung verbraucht, bewirkt eine Erh\u00f6hung des Phasenverschiebungswinkels durch den Stromwandler\noder das Messsystem eine Erh\u00f6hung der Blindleistung bei gleichzeitiger Verringerung der Wirkleistung\n. Diese Beziehung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Um die Auswirkungen auf die Wirkleistung zu berechnen, kann die prozentuale Reduzierung des Leistungsfaktors wie folgt berechnet werden:\n.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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In der IEC 61869-1 wird die Phasenverschiebung von Strom- und Spannungswandlern als \u2206\ud835\udf11 bezeichnet. Gleichzeitig bedeutet\nein positiver Phasenfehler, dass der Sekund\u00e4rstrom dem Prim\u00e4rstrom vorauseilt. Punkt 3.4.4 besagt:
... \n<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Phasenverschiebung wird als positiv bezeichnet, wenn die sekund\u00e4ren Spannungs- oder Stromphasen vor den prim\u00e4ren\nSpannungs- oder Stromphasen liegen. Sie wird normalerweise in Minuten oder Zentiradian ausgedr\u00fcckt.
... <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Das bedeutet, dass bei der oben gezeigten ohmsch-induktiven Last ein dem Prim\u00e4rstrom nacheilendes Sekund\u00e4rsignal des Stromwandlers\nzu einem gr\u00f6\u00dferen Leistungsfaktorwinkel \u0398 f\u00fchrt. Die Phasenverschiebung \u2206\ud835\udf11 des Stromwandlers\nist in diesem Fall negativ. Au\u00dferdem wird der Einfluss der Phasenverschiebung mit\nsteigender Blindleistungskomponente deutlich gr\u00f6\u00dfer, wie das folgende Diagramm zeigt. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Berechnung basiert auf sinusf\u00f6rmigen Wellenformen. Bei Strom- und Spannungssignalen, die durch Pulsweitenmodulation\nerzeugt werden, k\u00f6nnen die Einfl\u00fcsse noch gr\u00f6\u00dfer sein. In jedem Fall l\u00e4sst sich sagen, dass das gesamte Messsystem und\nsomit auch die verwendeten Stromwandler eine m\u00f6glichst geringe Phasenverschiebung aufweisen sollten. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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3.1 M\u00f6glichkeiten der Phasenverschiebungskompensation<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Einige Hersteller von Stromanalysatoren bieten Kompensationsm\u00f6glichkeiten f\u00fcr Phasenverschiebungen an, die durch die\nMesssensoren verursacht werden. Um diese Funktion zu nutzen, sollten genaue Daten \u00fcber den Stromwandler vom Hersteller\nvorliegen. Eine Angabe des Phasenfehlers in Winkelminuten bei Nennfrequenz ist oft nicht ausreichend, wie die folgenden Ausf\u00fchrungen zeigen. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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3.2 Phasenverschiebung vs. Zeitverz\u00f6gerung<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Nehmen wir ein 50 Hz-Signal an, das eine vollst\u00e4ndige Sinusschwingung innerhalb von 20 ms darstellt. Wenn der Stromwandler keinen Zeitversatz liefert, erhalten wir ein unverz\u00f6gertes Sekund\u00e4rsignal, das im folgenden Diagramm blau dargestellt ist.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wenn der Stromwandler nun eine Zeitverz\u00f6gerung von einer Millisekunde erzeugt, verschiebt sich das sekund\u00e4re Signal um eine Millisekunde nach rechts\n. In diesem Fall hinkt das rote zeitverz\u00f6gerte Sekund\u00e4rsignal dem idealen Signal hinterher. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Zeitdauer des Signals \ud835\udc47 kann \u00fcber den Kehrwert der Frequenz \ud835\udc53 berechnet werden.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Zeitverz\u00f6gerung \u2206\ud835\udc61 betr\u00e4gt 1 ms und eine Periode entspricht dem vollen Winkel von 360\u00b0. Daher kann der Phasenverschiebungswinkel \u2206\ud835\udf11\nwie folgt berechnet werden. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Der Phasenverschiebungswinkel betr\u00e4gt 18\u00b0 bei einer Millisekunde. Der Phasenfehler wird als negativer Wert angezeigt, wenn das sekund\u00e4re\nSignal hinter dem prim\u00e4ren Signal zur\u00fcckbleibt. Wenn das Sekund\u00e4rsignal dem Prim\u00e4rsignal voraus ist, ist der Phasenfehler\npositiv. Die korrekte Datenblattangabe w\u00e4re in diesem Fall \u2206\ud835\udf11 = -18\u00b0 f\u00fcr einen traditionellen induktiven Strom\nTransformator, der f\u00fcr das 50 Hz Netz spezifiziert ist. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Aus den mathematischen Gleichungen ist ersichtlich, dass ein h\u00f6herfrequentes Signal mit einer konstanten Zeitverz\u00f6gerung auf der\nSekund\u00e4rseite des Stromwandlers einen gr\u00f6\u00dferen Phasenverschiebungswinkel verursacht. Wenn das h\u00f6herfrequente\nSignal beispielsweise mit 500 Hz schwingt, reduziert sich die entsprechende Zeitspanne auf 2 ms. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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F\u00fcr das 500-Hz-Signal w\u00fcrde dies zu einem Phasenverschiebungswinkel von 180\u00b0 bei einer Zeitverz\u00f6gerung von 1 ms f\u00fchren.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wenn der Stromwandler eine konstante Zeitverschiebung \u00fcber alle messbaren Frequenzkomponenten des Signals hat, gibt es\neine lineare Beziehung zwischen dem Phasenverschiebungswinkel und der Frequenz des Signals. F\u00fcr ein Sekund\u00e4rsignal, das\ndem Prim\u00e4rsignal nacheilt, gilt dementsprechend die folgende Formel. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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3.3 Stromwandler mit konstanter Zeitverz\u00f6gerung<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Der Entwicklungsabteilung des d\u00e4nischen Herstellers von Pr\u00e4zisionsstromwandlern Danisense\nist es gelungen, alle parasit\u00e4ren Einflussfaktoren wie Magnetisierungsverluste und Streufelder der sekund\u00e4ren\nWicklungen im neuesten Spitzenmodell DW500UB-2V so zu minimieren, dass der Stromwandler nur eine sehr geringe\nund konstante Signalzeitverz\u00f6gerung aufweist, die haupts\u00e4chlich durch das sekund\u00e4re Ausgangs-BNC-Kabel verursacht wird. Die Zeitverz\u00f6gerung betr\u00e4gt\netwa 12,5 ns bei einem 2 m langen Kabel und variiert leicht von Ger\u00e4t zu Ger\u00e4t. Mit diesem spezifischen Wert kann die jeweilige\nPhasenverschiebung f\u00fcr jede Frequenz relativ einfach mit der obigen Formel berechnet werden. Grafisch wird die lineare\nBeziehung zwischen Phasenverschiebung und Frequenz deutlicher. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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F\u00fcr jedes ausgelieferte Ger\u00e4t wird diese spezifische Zeitverz\u00f6gerung von Danisense in dem entsprechenden elektronischen\nTestbericht dokumentiert, der \u00fcber einen QR-Code direkt am Ger\u00e4t abgerufen werden kann. Diese Zeitverz\u00f6gerung kann nun in\ndie Eingangsmaske des Power Analyzers eingegeben werden, so dass der Phasenfehler des Stromwandlers nahezu\nperfekt kompensiert wird. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die realen Messergebnisse des DW500UB-2V bis 10 MHz, die im folgenden Diagramm dargestellt sind, sind\naufgrund der Kompensation der Zeitverz\u00f6gerung von 12,5 ns bis 10 MHz nahezu ideal. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Insbesondere bei der Verwendung von Frequenzumrichtern mit hoher Schaltfrequenz zur Steuerung von Motoren finden sich auch im dreistelligen kHz-Bereich aktive\nKomponenten der Leistung, da sich Vielfache der Schaltfrequenz\nim Strom- und Spannungssignal gem\u00e4\u00df der folgenden Gleichung zeigen.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Welche Str\u00f6me schlie\u00dflich in einem Motor zu erwarten sind, wird im Folgenden diskutiert. Dazu werden die realen Parameter eines 2,2 kW Motors\nverwendet, die in der folgenden Abbildung aufgef\u00fchrt sind. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Bei h\u00f6heren Frequenzen steigt die Reaktanz des Motors. Dadurch sinkt der Leistungsfaktor und die h\u00f6herfrequenten\nStromkomponenten werden ged\u00e4mpft. \n<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Diese Beziehungen werden in dem folgenden Diagramm dargestellt.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Aufgrund der Induktivit\u00e4t des Motors wird das Stromsignal gegl\u00e4ttet, so dass die Kurvenform deutlich mehr\nsinusf\u00f6rmig ist als das Spannungssignal. Trotz der ung\u00fcnstigen Impedanzverh\u00e4ltnisse erzeugen auch h\u00f6herfrequente Signale\naktive Komponenten, die ebenfalls genau gemessen werden sollten. In der folgenden Abbildung wird ein 4-W-Motor im Leerlauf betrieben. Die Schaltfrequenz des Wechselrichters liegt bei ca. 6 kHz. Ganzzahlige Vielfache der Schaltfrequenz\nsind bis zu ca. 150 kHz dargestellt. Die folgenden Amplituden werden durch Kabelreflexionen verursacht und haben\nihr Maximum bei ca. 340 kHz. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Der Wirkleistungsanteil der h\u00f6herfrequenten Komponenten betr\u00e4gt etwa 13 % der gesamten Wirkleistung.<\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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4 Schlussfolgerung<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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F\u00fcr die Leistungsanalyse sind hochpr\u00e4zise Messsysteme erforderlich. Insbesondere der Stromwandler kann\nzu unerw\u00fcnschten Ungenauigkeiten bei der Messung f\u00fchren. In der internationalen Normung f\u00fcr Strom- und Spannungs\nwandler, der IEC 61869 Familie, ist die Genauigkeitsklasse 0,1 als Maximum definiert. Diese Klasse entspricht einem\nVerh\u00e4ltnisfehler von \u00b10,1 % im Nennbereich des Messwandlers. F\u00fcr die Leistungsanalyse und die Bestimmung des Wirkungsgrads\nist eine hochpr\u00e4zise Sensortechnologie erforderlich, die gr\u00f6\u00dfere Ungenauigkeiten in der Messkette\nvermeidet. Danisense Fluxgate-Stromwandler sind die Stromwandler der Wahl im Messbereich\nErweiterung f\u00fcr den Leistungsanalysator. Das neueste Modell DW500UB-2V bietet eine hochgenaue Bandbreite bis zu 10\nMHz, wenn der Benutzer in der Lage ist, die Zeitverz\u00f6gerung im Leistungsanalysator zu kompensieren. Wenn Stromsensoren mit einer geringeren\nBandbreite verwendet werden, sollten Filterma\u00dfnahmen im PA die analoge Bandbreite begrenzen. In vielen F\u00e4llen haben diese\nMa\u00dfnahmen jedoch einen negativen Einfluss auf die Genauigkeit des PA, da dem\nMesskanal analoge Komponenten hinzugef\u00fcgt werden. Insbesondere bei neueren Halbleitermodulen auf der Basis von Siliziumkarbid sind\nSchaltfrequenzen im Bereich von 50-100 kHz zu erwarten. Die ganzzahligen Vielfachen reichen in der Regel bis in den MHz-Bereich.\nWir empfehlen hochpr\u00e4zise Fluxgate-Stromwandler mit gro\u00dfer Bandbreite wie den DW500UB-2V. <\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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ZES Zimmer Applikationsbericht 109 - https:\/\/www.zes.com\/en\/Applications\/Field-of-application\/Frequency-converter<\/a><\/mark><\/p>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Home | Welche Genauigkeit ben\u00f6tige ich f\u00fcr meine aktuellen Schallk\u00f6pfe? Danisense! 1 Einleitung Bei der Messung von Str\u00f6men im Bereich der Leistungsanalyse \u00fcber 30 A werden hochgenaue Stromwandler ben\u00f6tigt, die den Prim\u00e4rstrom in ein messbares Sekund\u00e4rsignal f\u00fcr den Power Analyzer (PA) umwandeln k\u00f6nnen. Die Stromwandler sollten in der Lage sein, die Amplituden pr\u00e4zise auf die […]<\/p>\n","protected":false},"featured_media":0,"template":"","doc_category":[],"class_list":["post-19132","documentation","type-documentation","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/danisense.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/documentation\/19132","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/danisense.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/documentation"}],"about":[{"href":"https:\/\/danisense.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/documentation"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/danisense.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/documentation\/19132\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/danisense.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=19132"}],"wp:term":[{"taxonomy":"doc_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/danisense.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/doc_category?post=19132"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}