Hilfreiche AC-Quellen Stromversorgungen fürs Prüffeld

Um Wechselstromnetze zu simulieren, sind AC-Quellen unverzichtbar. Sie stellen frei einstellbare Wechselspannungen mit bis zu drei Phasen zur Verfügung und ermöglichen damit erst die Entwicklung von Geräten beispielsweise für den Einsatz in Flugzeugen mit ihrem 400-Hz-Bordnetz oder für den amerikanischen Markt mit seinem 110-V/60-Hz-Netz. Sie helfen aber auch bei der Komponentenentwicklung oder im Prüffeld, um das Verhalten von Subsystemen, Schaltnetzteilen, Motoren und Geräten im Normalbetrieb ebenso wie bei Unter- oder Überspannungen zu beobachten.

Für derartige Anwendungen haben sowohl die Firma ET System electronic mit der Baureihe »EAC-S« (Bild 1) als auch die Firma Pacific Power Source (Vertrieb: Schulz-Electronic) mit der Serie »ASX« (Bild 2) neue AC-Quellen vorgestellt.

Während die EAC-S einen Spannungsbereich von 0 V bis 300 V bei einem Leistungsbereich von 250 VA bis 45 kVA zur Verfügung stellt, sind es bei der ASX Ausgangsspannungen bis zu 600 V bei Ausgangsleistungen von 1,5 kVA bis 12 kVA.

Je nach Ausführung liefern die EAC-S ein- oder dreiphasige Sinus-, Rechteck- oder Dreieckspannungen.

Der manuell einstellbare Frequenzbereich liegt zwischen 0 Hz (DC) und 2000 Hz, zusätzlich lassen sich die häufig benötigten Frequenzen 50 Hz, 60 Hz und 400 Hz auch per Tastendruck wählen.

Die Ströme betragen bis 80 A pro Phase, wobei die Hochstromvariante stromgeregelt bis 600 A zur Verfügung stellt.

Alternativ sind Wechselspannungen bis 500 V beziehungsweise bis 700 V verfügbar, wobei die maximalen Ausgangsströme jeweils um 40% bzw. 50% reduziert sind.

Die gesamte Baureihe bietet bei einer Regelgüte von 0,1% einen Klirrfaktor von 0,1% und eine Programmiergenauigkeit der Wechselspannung von 100 mV.

Die EAC-S findet ihren Einsatz als universelle AC-Quelle bei der Komponentenentwicklung und -prüfung.

So bieten die Geräte eine UI-Regelung und können als Konstantspannungs- und als Konstantstromquelle arbeiten.

Für Anwendungen, bei denen einer Gleichspannung eine Wechselspannung überlagert werden muss, ist standardmäßig auch ein Gleichspannungsausgang mit 0 V bis 700 V (DC) beziehungsweise bis 1000 V (DC) vorhanden.

Flicker simulieren

Mit der EAC-S-Serie von ET lassen sich auch kurzzeitige Netzausfälle, die so genannten Flicker, simulieren. Mit dieser Funktion, bei der das Gerät eine bestimmte Anzahl von Sinus-Halbwellen ausfallen lässt, können die in der Norm EN 61000-4-11 vorgeschriebenen Prüfverfahren durchgeführt werden. Dazu lässt sich am EAC-S zusätzlich zur Nennspannung auch einstellen, wie stark der prozentuale Spannungseinbruch sein soll und für wie viele Halbwellen die Spannung ausfallen soll.

Da es bei Netzstörungen, wie sie etwa durch das Auf- oder Abschalten großer Verbraucher ausgelöst werden, häufig auch zu einer Verschiebung der Phasenlagen kommt, bietet das EAC-S optional auch die Möglichkeit, die einzelnen Phasenlagen mit einer Genauigkeit von 0,1° unabhängig voneinander einzustellen, um solche Störungen im Netz frei simulieren zu können. Zusätzlich sind Signalkurven zu verschiedenen Standards wie EN und MIL bereits fest hinterlegt, und zur Speicherung der aktuellen Konfiguration stehen zehn Speicherplätze zur Verfügung.

Damit der Anwender bei der hohen Funktionsvielfalt den Überblick bewahrt, misst das EAC-S automatisch Ausgangsspannung, Effektivstrom, Mittelwert und Spitzenstrom, Wirkleistung, Blindleistung, Scheinleistung sowie den Leistungsfaktor und Crest- beziehungsweise Scheitelfaktor. Diese Größen werden gleichzeitig auf dem großen Grafikdisplay angezeigt. Das gilt auch für die dreiphasigen Geräte, allerdings können hier auf dem Display nicht sämtliche Messwerte gleichzeitig dargestellt werden.

Das Gerät stellt daher verschiedene Übersichtsbildschirme zur Verfügung, beispielsweise mit Anzeige aller drei Leistungen, aller Spannungen oder etwa aller Werte eines Ausgangs. Der Nutzer hat damit jederzeit das gesamte Geschehen im Blick und braucht für die meis-ten Aufgaben keine zusätzlichen Messgeräte anzuschließen - eine wichtige Voraussetzung für effizientes Arbeiten. Neben Sinus-, Rechteck- und Dreieckspannungen kann das EAC-S auch beliebige andere Kurvenformen liefern. Dazu muss der Anwender nur an einem PC eine entsprechende Wavedatei in Form eines Scriptes erstellen und über eine SD-Karte an die AC-Quelle übergeben.

Das Gerät, das bis zu drei solcher Kurven speichern kann, bildet sequenziell den Kurvenverlauf nach, und so lassen sich dann pro-blemlos zum Beispiel die getreppten Spannungsverläufe eines Rechteck-Wechselrichters oder die Signalverläufe von Triacs oder Dimmern simulieren. Über einen externen Oszillatoreingang lassen sich aber auch externe Signale einspeisen, sodass die Anwender eigene Signal-generatoren nutzen können.

Bei der ASX von Pacific Power Source bildet der integrierte Arbiträr-Wellenform- und -Transienten-Generator eine entsprechende Basis für die Erzeugung einer Vielzahl von Betriebszuständen. Und mit dem ebenfalls integrierten Leistungsanalysator misst und analysiert man gleichzeitig die Ausgangsparameter. Wenn andere Spannungsbereiche gefragt sind, bietet die Option »Zweibereichs-Ausgangsübertrager« zusätzliche Flexibilität.

Rolle der Software

Für jedes der ASX-Systeme sind Optionen wie programmierbare Ausgangsimpedanz, Oberwellen- oder Wellenform-Synthese und Wellenformerfassung erhältlich. Für die Programmierung über »LabView« stehen diverse Gerätetreiber zur Verfügung. Der »UPC-Controller« ist eine modulare Komponente dieser Geräte und soll in Verbindung mit dem LC-Display die Bedienung erleichtern. In seiner fernsteuerbaren Variante bietet der Controller eine Bibliothek von 99 Standardprogrammen sowohl für die statische als auch für die dynamische Transientenprüfung.

Die Geräte können über Standardschnittstellen wie RS-232 oder das optionale GPIB (IEEE 488) in jedes Laborsystem integriert und mit dem SCPI-Befehlssatz parametriert und gesteuert werden. Im Lieferumfang von ASX integriert ist der »UPC-Studio-Manager«, ein Softwarepaket mit einer Vielzahl von Werkzeugen zur schnellen und einfachen Bedienung der AC-Leistungsquellen. Mit der grafischen Bedienoberfläche lassen sich schnell und intuitiv Parametereinstellungen, Wellenformen wie auch Ausgangssequenzen editieren und ausführen.

Für den Avionik-Bereich stehen Testsequenzen nach ABD0100.1.8.1 und DO160 optional zur Verfügung. Bei der Baureihe EAC-S von ET stehen neben den gleichen Interfaces wie beim ASX noch eine RS-485-, eine USB- und auch eine LAN-Schnittstelle zur Verfügung, zudem sind die AC-Quellen auch mit galvanisch getrennten, selbstkalibrierenden 5-V- beziehungsweise 10-V-Analog-Schnittstellen verfügbar. Die Fernüberwachung, Fernsteuerung und Konfiguration kann bei den Geräten mit einer LAN-Schnittstelle auch über eine Web-Oberfläche erfolgen. In Verbindung mit der IEEE-Schnittstelle lassen sich zudem auch die Treiber für die Benutzeroberfläche LabView nutzen.

Was ist Scheinleistung?

Die Scheinleistung S ist die geometrische Summe aus Wirkleistung P und Blindleistung Q beziehungsweise das Produkt aus den Effektivwerten von Strom und Spannung. Die Gesamtblindleistung Q besteht aus der Verschiebungsblindleistung der Grundschwingung Q und der Verzerrungsblindleistung D. Die Scheinleistung wird gemäß DIN 40110-1 zur Unterscheidung von der Wirkleistung in der Einheit Voltampere (Einheitenzeichen VA) anstelle von Watt (Einheitenzeichen W) angegeben, die Blindleistung in Var (Einheitenzeichen var).

Im Allgemeinen ist die Scheinleistung größer als die Wirkleistung. Daher müssen elektrische Betriebsmittel, die Leistung übertragen, wie Transformatoren oder elektrische Leitungen, entsprechend der zu übertragenden Scheinleistung ausgelegt sein.

Um die Scheinleistung der Wirkleistung möglichst weit anzunähern, kommt eine Blindleistungskompensation zum Einsatz. Am wirksamsten ist diese Kompensation, wenn diese zeit- und verbrauchernah eingesetzt wird.