FREQUENZUMRICHTER Frequenzumrichter bringen die perfekte Balance in Ihre Maschinen. Auch wirtschaftlich sorgen sie zum Beispiel im Bereich der Lüfter mit Einsparungen bis zu 70% für den idealen Ausgleich. Mit unseren vier verschiedenen Frequenzumrichter-Serien können insgesamt Motorleistungen von 0,4 kW bis hin zu 3,550 kW abgedeckt werden. Die Frequenzumrichter sind werkseitig voreingestellt und können direkt und vielseitig eingesetzt werden. Auf Wunsch simulieren wir das Zusammenspiel z. B. von Getriebe und Motoren im eigenen Testlabor und passen die Frequenzumrichter anschließend perfekt daran an. So werden von vornherein mögliche Fehlerquellen ausgeschlossen und die Programmierung wird optimal auf Ihre Bedürfnisse abgestimmt. Elektrische Leistung und Wirkungsgrad am Frequenzumrichter zuverlässig messen Verfasser: Dipl.-Ing. Thomas Jäckle, Leiter Forschung und Entwicklung Durch den vermehrten Fokus von Politik und Öffentlichkeit auf ungenutzte Einsparpotenziale elektrischer Verbraucher ist unter anderem die Verwendung von Frequenzumrichtern zur verlustarmen, drehzahlvariablen Regelung von Elektromotoren in den Vordergrund gerückt. Die Hersteller von Motoren und Antriebssystemen sind gefordert, den Wirkungsgrad ihrer Produkte zu optimieren, und benötigen hierfür im Gegenzug geeignete Messmittel zur Bewertung von Leistung und Verlusten. Der Einsatz von Umrichtern kann die Effizienz des Gesamtsystems verbessern, erhöht jedoch gleichzeitig die Komplexität und stellt höhere Anforderungen an die einzusetzenden Messverfahren und –mittel.

Hinsichtlich der geeigneten Vorgehensweise und der Bewertung der Ergebnisse stellt sich eine Reihe von Fragen: Wie lässt sich die Messunsicherheit zuverlässig abschätzen? Können auch PWM-Pulse kurzer Dauer korrekt richtig erfasst werden? Wie wirken sich Einstellungen des Messgerätes auf das Ergebnis aus? Ist die verwendete Abtastrate überhaupt ausreichend? Der folgende Applikationsbericht beantwortet nicht nur diese aufgeworfenen Fragen sondern vermittelt darüber hinaus auch das nötige Hintergrundwissen für ein breiteres Verständnis der elektrischen Leistungsmessung im Allgemeinen. Betrachtungen...

Den wichtigsten Beitrag zur Wirkleistung liefert die Grundschwingung des Motors. Geht man von einem Umrichter aus, der den Motor mit gutem Wirkungsgrad ansteuert, so wird ein Großteil der Energie vom FU zum Motor bei dieser Frequenz transportiert. Diese Frequenz liegt in der Regel im Bereich unter 1000 Hz und weist gewöhnlich geringe Oberschwingungsanteile auf. Die nächste Position ist die Taktung des Umrichters selbst. Diese liegt zwischen wenigen hundert Hertz (bei FU mehrerer MW Leistung) und 20 kHz (bei Leistungen im kW-Bereich) und ist durch die annähernd rechteckförmigen Signale der Pulsweitenmodulation...

Beispiel 1 Es sei folgende Verteilung über die Frequenz ermittelt worden: ₋ 0,1 W bei der Taktfrequenz und ihren Harmonischen im Bereich von 6 kHz bis 150 kHz 0,03 W durch hochfrequente Effekte bei 350 kHz Der für den anzuwendenden Leistungsmessbereich anzusetzende Wert sei mit 8 W angenommen. Informationen über Messunsicherheit bei nicht-sinusförmigen Signalen sind in jedem Benutzerhandbuch der ZES ZIMMERLeistungsmessgeräte zu finden. Die Messunsicherheitsdaten in der untenstehenden Tabelle wurden dem LMG500Benutzerhandbuch entnommen. Frequenzbereich ±(% vom Messwert + % vom Messbereichsendwert)...

Für die Grundschwingung ergibt sich eine Unsicherheit von 0,015% von 4 W = 0,6 mW. Der Fehler aus dem Messbereich sinkt auf 0,01% von 8 W = 0,8 mW, und die Gesamtmessunsicherheit beträgt 1,88 mW. Die einzelnen Beiträge hierzu sind: Grundfehler: Durch die Halbierung des Gesamtfehlers treten die hochfrequenten Anteile natürlich stärker zu Tage, jedoch bleibt der überwiegende Fehleranteil bei 50 Hz dominierend. Ob der Fehler aus dem Takt jetzt 0,24 mW ist oder einfach mit 0,3 mW abgeschätzt wird, bedeutet beim Takt zwar 25% Unterschied, beim Gesamtfehler aber nur noch 3%! Bleibt noch die Frage,...

Bild 2- Fehler im Effektivwert eines 50-Hz-Signals bei Messung über nicht synchronisierte Zeiträume Abbildung 2 verdeutlicht diesen Effekt: Der Effektivwert eines Sinussignals wird, beginnend mit einem positiven Nulldurchgang, vermessen. Je nachdem, wie lange man misst, treten mit längerer Messzeit immer kleinere Fehler gegenüber dem konstanten Effektivwert des Signals auf. Wenn jeweils exakt über eine ganze (oder halbe) Periode [1]gemessen wird, so ist dieser Fehler natürlich Null. Im Beispiel wird ein 50Hz-Signal verwendet, bei dem alle 10 ms exakt richtig gemessen wird. In diesem Graphen sind...

die Stichproben aus dem Signal darstellen. Und diese Summengleichung stimmt exakt mit den Gleichungen überein, die in der Statistik benutzt werden. Dazu ein paar Gedankenexperimente: Man hat einen sehr kurzen Impuls von nur 100 ns Dauer, der mit 16 kHz (also alle 62,5 µs) wiederholt wird. Nimmt man dieses Signal mit einem AD-Wandler mit 3 MS/s auf und misst über 0,5 s, so bekommt man 1.500.000 Abtastwerte. Tastet man zufällig ab (also nicht z.B. per PLL auf das Signal synchronisiert), so werden statistisch 1/625 der Abtastwerte die Amplitude des Pulses zeigen, das sind also 2400 Werte. Der dabei...

Puls zu erfassen, noch wird die Sample&Hold-Schaltung eines solchen Wandlers schnell und genau genug arbeiten. Es wird sich also in der Praxis immer auszahlen, auf eine ausreichend hohe Abtastrate zu achten, da nur derartige Wandler überhaupt in der Lage sind, solch kurze Pulse physikalisch zu erfassen. Ein weiterer Aspekt betrifft die Zykluszeit (Messdauer): Wie oben erwähnt haben die Messwerte stark statistischen Charakter. Und wie bei jeder Statistik ist die Datenbasis natürlich entscheidend für die Qualität der Ergebnisse. Die Anzahl der Abtastwerte während eines Messintervalls ist abhängig...