Elektrische Leistungsmessung
An den Grenzen der Physik
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Anschlusskonzept für hohe Sicherheit und genaue Messungen
Die Norm DIN EN 61010-1 beschreibt allgemeine Sicherheitsanforderungen an elektrische Prüf- und Messgeräte. Dabei kommt dem Berührungsschutz der Messanschlüsse eine besondere Bedeutung zu. Sicherheitsrelevant ist auch, dass Spannungs- und Stromeingänge nicht verwechselt werden können. Mit den Direktstromeingängen des WT5000 beschreitet Yokogawa auch in diesem Bereich neue Wege. Sowohl die 5-A-Leistungselemente als auch die 30-A-Leistungs-elemente sind mit Anschlüssen ausgestattet, die eine Verwechslung mit den Spannungseingängen verhindern. Wird der WT5000 beispielsweise aus einem Prüfstand entnommen, um ihn zu kalibrieren, so sind versehentliche Vertauschungen der Spannungs- und Stromeingänge beim Wiederanschließen ausgeschlossen. Dabei stützt sich Yokogawa auf marktübliche Steckverbinder, für die bei Bedarf auch verschiedene Adapter zur Verfügung stehen.
Neu sind auch die mechanischen Verriegelungen (Shutter) für die Stromeingänge der Leistungselemente. Sie geben wahlweise den Direktstromeingang oder die BNC-Buchse für externe Stromwandler mit Spannungsausgängen frei, um auch hier Fehlverdrahtungen zu verhindern.
Damit die hohen Messgenauigkeiten in der Praxis erreicht werden können, ist natürlich auch eine hohe Qualität der Kabelverbindungen zum Messobjekt erforderlich. Die Anschlüsse der 30 A Direktstromeingänge sind problemlos für Leiterquerschnitte bis 25 mm2 verwendbar. Auf den ersten Blick mag dies nach einer Überdimensionierung aussehen. Es gibt aber sehr gute Gründe für große Leiterquerschnitte: Der maximale Dauerstrom (RMS), der mit WT5000 direkt gemessen werden kann, beträgt zwar nur 33 A. Die Spitzenwerte des Stroms dürfen jedoch 90 A betragen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Skin-Effekt, der bei Wechselströmen auftritt. Er bewirkt, dass Wirbelströme den Strom an die Leiteroberfläche drängen und somit den wirksamen Leiterquerschnitt reduzieren. Dieser Effekt nimmt mit steigender Frequenz zu.
Bei den üblichen Messleitungen mit einem Kupferquerschnitt von 2,5 mm2, die in praktisch jedem Labor mit 4 mm Anschlusstechnik zu finden sind, reduziert sich bei 100 kHz der wirksame Leiterquerschnitt auf 42 % bzw. 1,05 mm2. Bei 1 MHz sind es dann nur noch 14,5 % und 0,36 mm2. Umgekehrt proportional zum wirksamen Leiterquerschnitt steigen die Leiterwiderstände.
Dass diese Einflüsse der Anschlusskabel nicht vernachlässigt werden können, zeigt sich in der Kalibriermesstechnik. Hier werden bereits bei niedrigen Frequenzen Leiterquerschnitte von mindestens 16 mm2 verwendet, um die Genauigkeit der 30-A-Direktstromeingänge eines Präzisions-Leistungsanalysators nachzuweisen. Dies erfordert selbstverständlich auch auf der Messgeräteseite die passende Anschlusstechnik.
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Bedienung und Schnittstellen
Egal ob sich der Anwender für eine Bedienung per Tasten, Touchscreen, Maus oder Web-Browser entscheidet: Die Bedienung des Leistungsanalysators WT5000 ist einfach und komfortabel. Über eine flache Menüstruktur werden Ergebnisse von Leistungs- und Wirkungsgradmessungen schnell erzielt. In einigen Menüs werden »Advanced«-Einstellungen angeboten, die für einfache Messaufgaben nicht benötigt werden. All dies trägt zur Übersichtlichkeit bei und sorgt dafür, dass sich der Anwender nicht in komplexen Konfigurationsmöglichkeiten verliert.
Damit er den Überblick behält, werden die Darstellungen der Messergebnisse durch viele Zusatzinformationen ergänzt. So ist sofort ersichtlich, ob Filter oder Skalierungsfaktoren eingestellt sind, wie groß das Messintervall ist
und welche Messmethode ausgewählt wurde. Die Zuordnung eventueller Synchronisationsquellen zu den Leistungselementen, eingestellte Verdrahtungssysteme und Messbereiche sind ebenso schnell erkennbar wie aktive Nullfunktionen zur Offsetkorrektur. Diese Informationen sind somit auch parat, wenn für Dokumentationszwecke eine Bilddatei mit dem Display-Inhalt erstellt wird. Aber auch in die Ergebnisdateien langer Messzyklen werden alle Geräteeinstellungen übernommen.
Wenn eine größere Anzeige als das integrierte 10,1“-Display gewünscht wird sowie für Präsentationszwecke kann ein externer Monitor am WXGA-Anschluss angeschlossen werden. Er ist genauso serienmäßig vorhanden wie die Fernsteuerschnittstellen Ethernet, USB und GP-IB. Über diese Fernsteuerschnittstellen kann der WT5000 komfortabel mit der Software Yokogawa WTViewerE bedient werden. Sie sammelt die Messdaten von bis zu vier Messgeräten um sie zu visualisieren, zu speichern und zu analysieren. Darüber hinaus kann der WT5000 via Ethernet TCP/IP als FTP-Server in ein Netzwerk integriert werden oder auf Netzlaufwerke zugreifen.
Der Autor:
Matthias Schöberle
ist Business Development Manager Leistungsmesstechnik bei Yokogawa Deutschland. Nach seinem Dipl.-Ing.-Studium der Nachrichtentechnik in seinem Geburtsort Darmstadt hat er seine berufliche Laufbahn 1984 bei einem führenden Hersteller von
Telekommunikationsmesstechnik begonnen. Seit 2008 gehört er zum Vertriebsteam von Yokogawa.
info.herrsching@de.yokogawa.com
- An den Grenzen der Physik
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