Leistungsmessung

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo Zusammen,
für ein Projekt in meinem Studium mache ich gerade eine Energieanalyse einer kleinen Kläranlage, wobei ich u.a. einzelne Aggregate aufliste und ihre Energieverbräuche erfasse.
Zwei der Hauptverbraucher sind die Drehkolbengebläse zur Belüftung im Belebungsbecken.
Die Daten zu den Betriebsstunden habe ich, jedoch möchte ich die Leistungsaufnahme durch Messungen bestimmen. Beide Gebläse haben eine Volllast- und eine Teillaststufe.
Ich habe bisher jeweils in beiden Stufen mit einem Zangenampermeter die Ströme in den Leitern gemessen und wollte dann die Leistung berechnen.
Beispiel: Vollaststufe des einen Gebläses:
20,9A, 20A und 21A gemessen
gerechnet:
21A*400V*sqrt(3)=14,5kW
Laut Typenschild hat es aber nur 6,4kW.

Kann das sein oder habe ich was grundlegendes verkehrt gemacht?

Gruß Felix

#2

Hallo Zusammen,
für ein Projekt in meinem Studium

Um das Niveau der Antwort auf das Niveau deines Wissens anzupassen, wäre die Nennung von Studiengang und Semester hilfreich.

mache ich gerade eine
Energieanalyse einer kleinen Kläranlage, wobei ich u.a.
einzelne Aggregate aufliste und ihre Energieverbräuche
erfasse.

Die Daten zu den Betriebsstunden habe ich, jedoch möchte ich
die Leistungsaufnahme durch Messungen bestimmen. Beide Gebläse
haben eine Volllast- und eine Teillaststufe.
Ich habe bisher jeweils in beiden Stufen mit einem
Zangenampermeter die Ströme in den Leitern gemessen und wollte
dann die Leistung berechnen.
Beispiel: Vollaststufe des einen Gebläses:
20,9A, 20A und 21A gemessen
gerechnet:
21A*400V*sqrt(3)=14,5kW

Wenn ich „Ampere“ mit „Volt“ multipliziere, dann komme ich auf „Voltampere“, also VA, und nicht auf „kW“.

Laut Typenschild hat es aber nur 6,4kW.

Hmm.
Nun, anscheinend kein Studiengang der Elektrotechnik.

Dann mal kurzes Grundlagenwissen:

Ein Motor hat 6,4kW laut Typenschild.
Das ist die maximal dauerhaft entnehmbare Leistung an der Motorwelle.

Auf Grund des Wirkungsgrades - ich nehm mal einfach 0,85 an - muss er dazu 7,5kW Leistung beziehen.
Auf Grund der Blindleistung, die eine Spule hat, muss nun noch der cos(phi) vom Typenschild berücksichtigt werden.

Blindleistung ist die Leistung, die sich aus der Energie ergibt, die pro Halbwelle in das Magnetfeld des Motors fließt und danach wieder ins Netz zurückfließt.
Diese Leistung verursacht - über mehrere Perioden integriert - keinen Energiefluss.
Daher dreht sich auch nicht der Zähle durch Blindleistung.

Kann das sein oder habe ich was grundlegendes verkehrt
gemacht?

Der Wert kommt mir trotzdem sehr hoch vor.
Ein 6,4kW Motor sollte eigentlich (alter Eelektriker-Schätzregel) mit rund 13A Strom laufen.
(Drehstrom-Asynchron-Motoren mittlerer Leistung ziehen etwa 2A/kW)

Schau mal auf das Typenschild und nenne alle Daten.
Der Motor scheint einen ungewöhnlich niedrigen Leistungsfaktor ( cos(phi) ) und/oder einen ungewöhnlich niedrigen Wirkungsgrad zu haben.
Das Erste ist für die Stromrechnung egal, das Zweite wäre schlecht.

#3

Hallo Felix,

Ich habe bisher jeweils in beiden Stufen mit einem
Zangenampermeter die Ströme in den Leitern gemessen und wollte
dann die Leistung berechnen.
Beispiel: Vollaststufe des einen Gebläses:
20,9A, 20A und 21A gemessen
gerechnet:
21A*400V*sqrt(3)=14,5kW
Laut Typenschild hat es aber nur 6,4kW.

Kann das sein oder habe ich was grundlegendes verkehrt
gemacht?

Ja, du hast den cos phi und den Wirkungsgrad außer Acht gelassen! Die „14,5 kW“ sind 14,5 kVA Scheinleistung! Dazu kommt, dass auf dem Typenschild die mechanische Nennleistung steht. Der Wirkungsgrad ist aber in real immer unter 1, sodass elektrisch mehr Wirkleistung aufgenommen wird. Die Differenz „verschwindet“ durch Erwärmung.

Der cos phi sollte aber auf dem Typenschild stehen… Dann kannst du die 14,5 kVA mit jenem Wert multipliziern, um die Wirkleistungsaufnahme zu erhalten.

MfG,
Marius

#4

Wenn ich „Ampere“ mit „Volt“ multipliziere, dann komme ich auf
„Voltampere“, also VA, und nicht auf „kW“.

Nachtrag:

V * A = W gilt eben nur bei Gleichstrom.
Bei Wechselstrom gilt:

Effektivwert der Spannung (U) * Effektivwert des Stroms (I) = Scheinleistung (S).

Die Wirkleistung ist:

P = S / cos(phi)

und die Blindleistung ist

Q = S / sin(phi)

Direkt erkennbar:

S² = P² + Q²

Um die verschiedenen Bedeutungen von „Strom mal Spannung“ an den Einheiten zu erkennen, hat man sich auf Folgendes geeinigt:

[P] = 1W (Watt)
[S] = 1VA (Voltampere)
[Q] = 1var (Voltampere reaktiv)

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#5

Danke erstmal für die Antworten, leider habe ich auf dem Typenschild weder einen cos phi noch einen Wirkungsgrad angegeben. Mir ist durchaus bewusst, dass sich die Angabe der Leistung auf dem Typenschild auf die Leistung an der Motorwelle bezieht. Aber was mir so suspekt vorkommt, ist die Größenordnung des Unterschieds zwischen der berechneten Scheinleistung von 14,5kW bzw. kVA (sorry für die unkorrekten Einheiten) und der angegebenen mechanischen von 6,4kW. Ansonsten hab ich auf dem Typenschild nur noch Drehzahl, Fördervolumen und Arbeitsdruck. Und außerdem noch das Baujahr1987=) … was vllt einen schlechten Wirkungsgrad erklären würde Danke und Gruß

#6

Hallo!

Bei so modernem Motor steht da nicht mehr auf dem Typenschild ?
Leistungsfaktor und auch Nennstrom steht immer drauf.
Was ist mit NENNSPANNUNG , ist die etwa geringer als 400 V ? Ein IT-Netz mit 230 V ?

denn dann wären ja so hohe Ströme bei nur 6 kW nichts ungewöhnliches.

Eins kann man ja wohl ausschließen, nämlich starke Überlast. Denn dann würden die Motoren verschmoren bzw. deren Motorschutzschalter längst auslösen.

Motoren Baujahr 1950 und 1987 unterscheiden sich im Leistungsfaktor nicht nennenswert, so um die 0,8 aufwärts. Das erklärt es nicht.

Aber hier käme ja etwas um die 0,55 heraus .

MfG
duck313

#7

Hallo duck313,

Bei so modernem Motor steht da nicht mehr auf dem Typenschild?

Seit wann steht auf dem Typenschild eines Motors eine Förderleistung?

Das besagte Typenschild ist jenes der Pumpeneinheit und nicht nur dasjenige des Motors.

MfG Peter(TOO)

#8

Hallo!

Ja, Du hast recht. Das macht ja auch Sinn. Da steht dann auch nichts elektrisches außer der benötigten Leistung.
Aber der E-Motor muss direkt dran sein und ebenfalls ein Typenschild tragen. Und da sollten alle gesuchten Daten des Motors stehen.

MfG
duck313

#9

Moin moin,

Beispiel: Vollaststufe des einen Gebläses:
20,9A, 20A und 21A gemessen
gerechnet:
21A*400V*sqrt(3)=14,5kW

das ist die Scheinleistung…multipliziert mit dem Leistungsfaktor ergibt das dann die Wirkleistung…wenn es denn auch wirklich 400V sind…

Laut Typenschild hat es aber nur 6,4kW.

ein in üblicher Drehstrom-Asynchron-Motor gibt es in4kW ; 5,5kW ; 7,5kW ; 11kW ; 15kW usw.

Ich denke du hast nicht das Typenschild des Motors abgelesen sondern die mechanische Leistung des Verdichters.
Es wird sich wohl um einen 230V/400V-11kW Motor handeln der auf 230V läuft.
Ein 7,5kW Motor erscheint mir zu knapp bemessen.

Bei 6,4kW benötigter mechanscher Leistung an der Welle und einem angenommenen Leistungsfaktor von 0,8…komme ich auf 8kW benötigter elektrischer Leistung.
Bei einem Leistungsfaktor von 0,85 sind es immer noch 7,5kW.
Nehmen wir mal 8kW…das ergibt einen Strangstrom von 20,1A
…bei 400V sollten es 11,5A sein

Kann das sein oder habe ich was grundlegendes verkehrt
gemacht?

schau auf das Typenschild des Motors, dort findest du die Leistungs-, Spannungs- und Stromangaben…sowie den Leistungsfaktor und die Schaltungsarten.

Gruß Angus

#10

Moin, moin,

da die Motoren unterschiedliche „Leistungsstufen“ habe sollen, könnte es sein??? daß die Motoren über Frequenzumformer gesteuert werden??
Dann taugt die ganze Messung (vermutlich) nichts.

mfg tugu

#11

Hallo nochmal,

das hört sich alles recht logisch an… Blöd von mir, ist ja klar dass das nur die Daten des Verdichters sind. Da war ich wohl ein bisschen blind:wink:

Werde nochmal genauer hinschauen ob ich am Motor selbst noch was finde.

Aber das mit der Spannung muss ich mir nochmal genauer betrachten. Bin mir eigentlich recht sicher dass da drei Phasen im Dreieck angeschlossen sind, dann hab ich doch 400V, oder???

Aber schonmal vielen vielen Dank.
Ist echt toll, dass hier so viele hilfsbereite Menschen sind!!!Super

#12

Hallo!

Aus der Schaltungsart „Stern“ oder „Dreieck“ allein kann man nicht auf die Höhe der Netzspannung dort schließen. Schließlich kann man Motoren für sehr viele Spannungen bauen.
Und ein Industriebetrieb oder Klärwerk hat natürlich einen eigenen Trafo und kann deshalb auch nahezu beliebige Spannungen bereitstellen.

Gibt’s Großverbraucher, dann will man ja bei hoher Leistung den Strom senken. Also muss man die Betriebsspannung erhöhen.

MfG
duck313

#13

Servus,
ich war nochmal am Motor selbst. Nach langer Suche habe ich dann endlich auch das richtige Typenschild gefunden.

http://www.bilder-hochladen.net/files/ljk7-1-c4ca.jpg

Stimmt aber immer noch nicht so wirklich mit meinen Messungen überein.
Können sich die Werte mit der Zeit durch Verschleiß (Lager o.ä.) verschlechtern?
Immerhin läuft das Ding ca. 12 Stunden/Tag und das seit knapp 30 Jahren.

Gruß Felix

#14

Sorry für das schlechte Bild, ging aber nicht besser zu fotografieren da ich da kaum dran kam.

#15

Moin, moin,

das kommt ja schon hin.

Im Dreieck 1500U/min bei niedrigem Strom und im Doppelstern nur 2-polig (also 3000U/min) mit etwas mehr Strom. Je nach „Last“ kann der Strom locker so weit abweichen.
Lüftermotoren haben da die Eigenheit, daß bei „Luftkurzschluss“ (es wird keine Luft transportiert) der Strom stark abfällt.

mfg tugu

#16

aaahhh…jetzt wird es schon kongreter…

also hatte ich zum Teil Recht mit meiner Vermutung…es handle sich um einen 11kW Motor…

also es handelt sich um einen Motor mit zwei getrennten Wicklungen (Dahlandermotor)

http://de.wikipedia.org/wiki/Dahlandermotor

Du hast höchstwahrscheinlich bei der hohen Drehzahl gemessen…damit hast du bei deinen
21A eine an der Motorwelle abgegebene mechanische Leistung von 10594Watt (bei 400V und einem Wirkungsgrad von 0,81)

Da es sich um einen 30Jahre alten Motor handelt wohl ein akzeptables Ergebnis.

Mess jetzt noch mal den Strom bei de geringeren Drehzahl…da soltest du so auf 17,6A kommen…bei 400V

Auf jeden Fall solttest du auch mal die Spannung messen…

Gruß Angus

#17

Hallo Zusammen,

bei der niedrigen Stufe habe ich nur einen Strom von 9,8A gemessen?

400V*9,8A*sqrt(3)*0,86=5,8kW - Das wäre doch meine elektr. Leistungsaufnahme

Dann hätte ich an der Welle ja nur 5,8kW*0,8=4,6kW?

Stimmen meine Rechnungen, aber warum ist der Strom so niedrig?

Gruß Felix

#18

Hallo Felix,

bei der niedrigen Stufe habe ich nur einen Strom von 9,8A
gemessen?

400V*9,8A*sqrt(3)*0,86=5,8kW - Das wäre doch meine elektr.
Leistungsaufnahme

Dann hätte ich an der Welle ja nur 5,8kW*0,8=4,6kW?

Stimmen meine Rechnungen, aber warum ist der Strom so niedrig?

Das kann schon sein.

Die Angaben auf dem Motor sind die maximale Dauerbelastung, welche der Motor vertragen kann.

Die Leistungsaufnahme entspricht der abgegebenen Leistung an der Welle plus die Verluste im Motor.
Wenn nun aber ein Motor im Leerlauf dreht wird keine Leistung abgegeben. Die Leistungsaufnahme entspricht dann nur den Verlusten.

Würde mehr Leistung aufgenommen, müsste die irgend wo hin.

Da die abgegeben mechanische Leistung Drehzahl mal Drehmoment ist, müsste die Drehzahl gegen unendlich gehen, das überlebt der Motor nicht. Tatsächlich gibt es Motortypen, bei denen das passieren kann.
Der Asynchronmotor kann aber seine Drehzahl nicht beliebig erhöhen, diese ist durch die Drehfrequenz des Feldes und die Polzahl festgelegt. Da müsste die überschüssig aufgenommene Energie als Wärme umgesetzt werden. Der Motor würde also ohne Last gegrillt werden.

Bei der niedrigeren Stufe ist die Förderleistung der Pumpe auch geringer, weshalb auch weniger mechanische Energie benötigt wird, also ist auch die Leistungsaufnahme des Motors kleiner.

MfG Peter(TOO)

#19

Vielen Dank für die vielen nützlichen Antworten, hat mir super geholfen.

Jetzt hab ich aber eine neue Frage:

Und zwar sind da zwei völlig überdimensionierte Pumpen die über einen FU gesteuert sind. Die niedrigst zulässige Frequenz sind 28Hz. Die Pumpen laufen aber immer nur bei diesen 28Hz, eben da sie zu groß ausgelegt wurden.

Meine Frage ist jetzt, kann ich mit der vorm FU gemessenen Stromstärke und Spannung die Leistungsaufnahme irgendwie bestimmen um darüber auf deren Stromverbrauch zu kommen?

Danke schonmal im Voraus

#20

moin moin,

Und zwar sind da zwei völlig überdimensionierte Pumpen die
über einen FU gesteuert sind. Die niedrigst zulässige Frequenz
sind 28Hz. Die Pumpen laufen aber immer nur bei diesen 28Hz,
eben da sie zu groß ausgelegt wurden.

was bedeutet „zulässig“?

Meine Frage ist jetzt, kann ich mit der vorm FU gemessenen
Stromstärke und Spannung die Leistungsaufnahme irgendwie
bestimmen um darüber auf deren Stromverbrauch zu kommen?

Wozu?..der FU sollte dir die momentane Leistung anzeigen können…
und auch die „verbrauchte“ Energie…zumindest moderne ABBs können das.

Gruß Angus