09.11.2012
Eine mögliche Messanordnung zur Bestimmung der Messabweichungen eines Stromwandlers TX basiert, wie im Bild 1 dargestellt, auf dem Vergleich mit einem Normalstromwandler TN. Der Vergleich erfolgt ratiometrisch über das komplexe Verhältnis der Sekundärströme. Dabei werden diese Ströme über eine geeignete Stromwandlermesseinrichtung (SEKAM IV) mit dual aufgebautem Strom-Spannungskonverter in äquivalente Spannungen konvertiert. Über das komplexe Spannungsverhältnis kann unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Strom-Spannungskonverter auf die Messabweichungen von TX geschlossen werden. Die SEKAM IV ist mit elektronisch fehlerkompensierten Stromwandlern und einem nachfolgend angeordneten „aktiven“ Messwiderstand realisiert. Die benötigten Strombereiche von 100 mA bis 5 A sind über Primärstromanzapfungen zugänglich. Die Eingangsimpedanzen der Stromeingänge sind dadurch entsprechend niederohmig und liegen im Bereich von einigen mΩ bis zu einigen 100 mΩ.
Bild 1: Messanordnung zur Kalibrierung eines Stromwandlers (TX) mittels Normalwandler (TN), einer Stromwandler-
messeinrichtung (SEKAM IV), sowie einem Messsystem zur Bestimmung komplexer Wechselspannungsverhältnisse (VRS).
Das Messsystem zur Bestimmung des komplexen Wechselspannungsverhältnisses (VRS) ist mit einem kommerziellen Digitalisierer (NI 5922) sowie einem analogen Front-End aufgebaut, das die differenziell ausgelegten Eingänge im Bereich bis zu ± 10 V auf die Bereiche von 5 V (bzw. 1 V) des Digitalisierers anpasst. Diese Anpassung erfolgt mithilfe eines zweistufig aufgebauten Instrumentenverstärkers mit hoher Gleichtaktunterdrückung (> 100 dB bis 20 kHz), sowie einem flachen Verlauf (Flachheit < ± 5 ·10-6) des Frequenzgangs. Ein synchronisierter Prozess, bei dem die beiden Kanäle des Digitalisierers über Schalter vertauscht werden, sorgt für eine automatische Kompensation der Gleichlauffehler. Das komplexe Spannungsverhältnis kann dadurch für typische Signale im Bereich 50 / 60 Hz mit relativen Messunsicherheiten von unter ± 1·10-6, und Winkelfehlern von unter ± 1 µrad aufgelöst werden. Bis etwa 20 kHz liegt die typische Messunsicherheit des VRS bei etwa ± 10·10-6, bzw. ± 10 µrad.
Die Stromwandler-Messeinrichtung SEKAM IV wurde mithilfe des VRS und mit kalibrierten breitbandigen Messwiderständen in den verschiedenen Bereichen von 0,1 A – 5 A bei Frequenzen bis über 20 kHz hinsichtlich des Frequenzgangs nach Betrag und Phase kalibriert. Sie arbeitet im Aussteuerungsbereich von 1 % bis 200 % und soll im Frequenzbereich von 16,7 Hz bis etwa 20 kHz eingesetzt werden. Die festgestellten Messabweichungen der eingebauten Strom-Spannungskonverter sind praktisch kurvenformunabhängig, sodass auch Experimente mit Kalibrierungen verzerrter Signale durchgeführt werden können.
Erste Messungen bei Stromstärken im Bereich bis 10 A wurden bereits an Klasse 0.5 Wandlern durchgeführt. Hier gilt es jedoch im nächsten Schritt über geeignete Anpassstromwandler den erzeugbaren Stromstärkebereich bis zu einigen 100 A und einigen kHz auszudehnen. Anschließend können die vorhandenen Normalwandler hinsichtlich ihrer Eignung untersucht werden.
Ansprechpartner: E. Mohns
Fachbereich 2.3: Elektrische Energiemesstechnik