07.12.2011
Das Messsystem kann von einer kommerziellen dreiphasigen Leistungsquelle gespeist werden und besteht aus einem handels-
üblichen digitalen Abtast-Voltmeter (Modell HP3458A), drei Präzisionsstrom- (CT) und Spannungswandlern (VT) und dem DDS-Sampling-Controller.
Die drei VT’s haben jeweils vier Bereiche (60V, 120V, 240V und 480V) und arbeiten sekundärseitig bei 6V. Die drei CT‘s sind elektronisch fehlerkompensiert und verfügen über jeweils 8 Messbereiche von 50 mA bis 10 A. Ausgangsseitig liefert jeder
CT 10 mA durch einen Präzisionswiderstand von 300Ω, was zu einer Ausgangsspannung von 3 V führt. Alle Bereiche können durch den Steuerungsrechner umgeschaltet werden. Für die Stromstärken von >10 A bis 200 A gibt es für jede Phase einen zusätzlichen passiven Präzisionsstromwandler, der bei 5 A arbeitet. Die Wandler sind in der PTB kalibriert und ihre Ab-
weichungen sind als Funktionen im Steuerprogramm hinterlegt, wodurch die Abweichung des Messsystems in jedem eingestellten Lastpunkt in Spannung, Stromstärke und Phase korrigiert werden kann.
Der DDS – Sampling Controller generiert die Sampling-Frequenz für das Abtast-Voltmeter. Mehrere Funktionsweisen sind möglich. Vollsynchrone Abtastung erfordert die Referenzfrequenz (10 MHz oder 20 MHz) der Leistungsquelle und die entsprechende Modifizierung des Voltmeters. Hat man keinen Zugang zur Referenzfrequenz, berechnet man per Software aus den Werten des ersten Abtastzyklus die Fundamentalfrequenz und ermittelt mit deren Hilfe die Einstellungen für die beiden DDS so, dass ein zu den Messsignalen quasi synchroner Trigger für das Voltmeter generiert wird. Eine Nulldurchgang-Synchronisation steht ebenfalls zur Verfügung. Eingangssignale in Schritten von 0,1 Hz können abgetastet und die Auflösung kann mit einer theoretischen Genauigkeit von 60 Bit variiert werden. Mechanische Reed-Relais übernehmen das Multiplexing, so dass die Messstrecke (Wandler-Ausgänge und Voltmeter-Eingang) galvanisch von jeder digitalen Schaltung isoliert ist. Wartezeiten nach jedem Relaisschaltvorgang sorgen dafür, dass ein Relaisprellen den Abtast-Prozess nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus werden Kurzschlüsse zwischen den Wandlerausgängen vermieden, indem auch vor dem Öffnen der Relais hinreichend lange gewartet wird.
Erste Messergebnisse zeigen, dass die vorher abgeschätzte Messunsicherheit von etwa 10 µW/W realistisch ist.
Bild 1:
Schema des PC-gesteuerten 3-Phasen-Leistungsnormals mit Leistungsquelle (U,I), Kalibrierobjekt (DUT), Strom- und Spannungswandlern CT und VT, Abtastvoltmeter (SVM) und Direkt-Digital-Synthesizer (DDS)
Ansprechpartner: K. Dauke
Fachbereich 2.3 : Elektrische Energiemesstechnik