Grundlagen zur Funktion

Messprinzip

Die EL3403 arbeitet mit 6 Analog/Digitalwandern zur Erfassung der Strom und Spannungsgrößen aller 3 Phasen.

Die Erfassung und Verarbeitung der 3 Phasen findet zeitsynchron in exakt gleicher Form statt. Im Folgenden wird die Signalverarbeitung für eine Phase beschrieben. Die Beschreibung gilt sinngemäß für alle 3 Phasen.

Grundlagen zur Funktion 1:
Verlauf von Spannung u und Strom i

Effektivwertberechnung

Über ein Messintervall, hier Periodendauer T, wird der Effektivwert für Spannung und Strom berechnet. Die Berechnungen erfolgen nach den Formeln:

Grundlagen zur Funktion 2:

Grundlagen zur Funktion 3:

u(t): Momentanwert der Spannung
i(t): Momentanwert des Stromes
n:  Anzahl der gemessenen Werte

Messintervall

Die Wahl des richtigen Messintervalls ist für die Qualität der Messung von Bedeutung. Die Defaulteinstellung für das Messintervall ist 10 Perioden (10 x 20 ms). Dies ist erfahrungsgemäß ein guter Kompromiss zwischen Messgeschwindigkeit und Stabilität. Weichen Sie von diesem Wert nur ab, wenn besondere Messanforderungen (z. B. hohe Messgeschwindigkeit) gegeben sind.

Wirkleistungsmessung

Die EL3403 misst die Wirkleistung P nach der Gesetzmäßigkeit

Grundlagen zur Funktion 4:

P: Wirkleistung
n: Anzahl der Abtastungen
u(t): Augenblickswert der Spannung
i(t):  Augenblickswert des Stromes

Grundlagen zur Funktion 5:
Verlauf der Leistung s (t)

Im ersten Schritt wird zu jedem Abtastzeitpunkt die Leistung s(t) berechnet:

Grundlagen zur Funktion 6:

Über das Messintervall wird der Mittelwert gebildet. Hier spielt die richtige Wahl des Intervalls die gleiche Rolle wie im Abschnitt Effektivwertmessung beschrieben (das Intervall kann nur gemeinsam für U, I und P verändert werden).

Die Frequenz der Leistung ist doppelt so hoch wie die der entsprechenden Spannungen und Ströme.

Scheinleistungsmessung

In realen Netzen sind nicht alle Verbraucher rein ohmsch. Es kommt zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Die oben beschriebene Methodik zur Ermittlung der Effektivwerte von Spannung und Strom wird dadurch nicht beeinflusst.

Anders ist das bei der Wirkleistung: Das Produkt aus Effektivspannung und Effektivstrom ergibt hier die Scheinleistung.

Grundlagen zur Funktion 7:

Die Wirkleistung ist kleiner als die Scheinleistung.

Grundlagen zur Funktion 8:

S: Scheinleistung
P: Wirkleistung
Q: Blindleistung
φ: Phasenverschiebungswinkel

Grundlagen zur Funktion 9:
Verlauf u, i, p mit Phasenverschiebungswinkel (t) (t) (t) j

In diesem Umfeld sind weiter Informationen über das Netz und seine Verbraucher von Bedeutung:

Die EL3403 ermittelt die Werte:

Vorzeichen bei Leistungsmessung

Das Vorzeichen der Wirkleistung P und des Leistungsfaktors cos φ gibt Auskunft über die Richtung des Energieflusses. Ein positives Vorzeichen signalisiert den motorischen Betrieb, das negative Vorzeichen einen generatorischen Betrieb.

Weiterhin gibt das Vorzeichen der Blindleistung Q eine Auskunft über die Richtung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. In der Abb. Vier-Quadranten-Darstellung Wirkleistung/Blindleistung bei motorischen und generatorischen Betrieb wird dies in der Vier-Quadranten-Darstellung veranschaulicht. Im motorischen Betrieb (Quadrant I + IV) deutet eine positive Blindleistung auf eine induktive Belastung hin, eine negative Blindleistung entsprechend auf eine kapazitive Belastung. Im generatorischen Betrieb (Quadrant II + III) wird ein induktiv wirkender Generator durch eine positive Blindleistung dargestellt, ein kapazitiv wirkender Generator durch eine negative Blindleistung.

Grundlagen zur Funktion 10:
Vier-Quadranten-Darstellung Wirkleistung/Blindleistung bei motorischen und generatorischen Betrieb

Frequenzmessung

Die EL3403 kann die Frequenz des an einem Spannungspfad (L1, L2 oder L3) anliegenden Eingangssignals messen.