Energiemesstechnik
Eine häufige Anforderung im Bereich der Energiemesstechnik ist die Messung von Spannung und Strom in einem Drehstromnetz. Kommen Frequenzumrichter zum Einsatz ist mit Grundfrequenzen zwischen 5Hz und 100Hz zu rechnen. Die reguläre Spannung beträgt 400Vrms, allerdings können durch Reflexionen auf den Zuführleitungen deutlich höhere Spannungen entstehen. Die Kurvenform der Signale kann in der Praxis deutlich vom idealen Sinussignal abweichen.
Die Messelektronik kann in zwei Stufen unterteilt werden:
- Vorteiler, Stromsensoren: Einen direkt mit der Netzspannung verbunden Teil, hier sind entsprechende Vorkehrungen bzgl. Berührsicherheit vorzusehen. Ferner müssen die Leiterbahnen für die hohen Ströme ausgelegt sein.
- Auswerteelektronik: Der Auswerteteil, hier wird mithilfe von AD-Wandlern, Microkontrollern und analogen- wie digitalen Filtern die Signalauswertung betrieben. Die Messwerte werden dann entweder auf einem Display angezeigt oder per Netzwerk an eine Zentrale geschickt. Bei besonderen Anforderungen können auch Analogrechner zum Einsatz kommen, dies vereinfacht die Anforderungen an den Digitalteil unter Umständen erheblich.
Das nachfolgende Bild zeigt einen Messplatz zur Verifikation der Auswerteelektronik. In dem Aufbau werden 3 Spannungen sowie 3 Stromsignale mit Hilfe von Arbitrary Waveform Generatoren erzeugt. Alle Signale sind zueinander synchron, die Form der Signale kann je nach Anforderung von der idealen Sinusform abweichen, grundsätzlich können auch aufgenommene Messsignale von vorhandenen Anlagen verwendet werden.
Zugeschnittene Hardwarelösungen
Die von RF-Frontend entwickelte Messlösung kann für vielfältige Messaufgaben Im Drehstromnetz eingesetzt werden. So können gemessen werden:
- Spannungen aller drei Phasen (RMS-Spannung, Peak-Spannung, Anstieg der Spannung über Zeit (dU/ dT), Frequenz)
- Ströme aller drei Phasen (RMS-Strom, Peak-Strom)
- Cos Phi
- Kurvenform, d.h. Harmonische der einzelnen Phasen (entweder in Summe oder nach Oberwellen aufgeschlüsselt)
Die Messwerte können auf Wunsch in eine Datenbank gespeichert werden, entsprechende Lösungen zum sicheren Speichern und Fernauslesen der Daten liegen vor. Es können ferner Alamierungen per Mail oder SMS generiert werden.
Typische Anwendungsfelder können sein:
- Messungen im Nieder- und Hochspannungsbereich
- Elektrische Anlagen, Überwachung der Netzqualität am Übergabepunkt
- Netzüberwachung (Langzeitüberwachung, Generierung von Alarmmeldungen)
- Ferndiagnose
Das nebenstehende Bild zeigt einen Ausschnitt aus einem Analoginterface der Auswerteeinheit. Es hat 6 Eingänge für die 3 Phasen (Spannung und Strom), es beinhaltet entsprechende Analogfilter mit Min / Max Detektor sowie einen Flankendetektor.
Digitale Signalverarbeitung
Die Mikrocontroller-gestützte Datenauswertung erlaubt vielfältige Analysefunktionen. Durch den Einsatz von für die Signalverarbeitung optimierte Hardware können die Messwerte in Echtzeit ohne Datenverlust erhoben werden:
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Obige Abbildung zeigt als Beispiel die serielle PC-Anbindung via UART; per Terminalfenster können die Messwerte in Echtzeit abgelesen werden.