Leistungsmessung: Drehstrom/Phasenanschnittstrg

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

ich bin auf der Suche nach einer Möglichkeit, die elektrische Leistung eines Heizflansches messen und wiedergeben zu können.

Der Heizflansch wird mit Drehstrom betrieben und derzeit über eine Phasenanschnittssteuerung gesteuert (mittels Drehpotentiometer). Dass man die Leistung mit dem Drehpotentiometer nicht linear einstellen kann bzw. die Drehpotentiometerstellungs-Heizleistungs-Kennlinie nicht bekannt ist, wurde vor Ausführung der Anschlussarbeiten nicht vermittelt.

Nun ist gerade dieser Punkt meine Frage: wie kann man hier die tatsächlich „verbrauchte“ elektrische Leistung - bis auf die Wärmeverluste der Heizleistung entsprechend - im Betrieb messen und wiedergeben lassen?

Vielleicht geht es ganz einfach oder es ist ein komplexes Thema und ich kann hier eine richtungsweisende Antwort erhalten.

Ich füge die Schaltpläne rund um die Anlage mal an (Dateigröße jeweils ca. 100 kB):

  1. Leistungs-Verkabelung/Phasenanschnittsteuerung:
    http://img802.imageshack.us/img802/9187/4von4.gif

  2. Sicherung/Not-Aus etc. (?):
    http://img31.imageshack.us/img31/1256/3von4.gif

evtl. nicht relevant:

  1. Anschluss von Rührer und Pumpe am Schaltschrank:
    http://img33.imageshack.us/img33/8916/1von4.gif

  2. Temperaturanzeige am Schaltschrank (keine Regelung):
    http://img717.imageshack.us/img717/2176/2von4.gif

Ich freue mich über eine Antwort.

Vielen Dank im Voraus!

„Median“

#2

Hallo,

ich bin auf der Suche nach einer Möglichkeit, die elektrische
Leistung eines Heizflansches messen und wiedergeben zu können.

Zangenwandler mit Leistungsmessung.
Der muss natürlich True-RMS haben.

Nun ist gerade dieser Punkt meine Frage: wie kann man hier die
tatsächlich „verbrauchte“ elektrische Leistung - bis auf die
Wärmeverluste der Heizleistung entsprechend - im Betrieb
messen und wiedergeben lassen?

Im Betrieb?
Ach so, eine Art Anzeige zur Regelung der Leistung.
Da würde ich ein einfaches Dreheisen-Einbaumessgerät nehmen.
Natürlich mit nem Stromwandler davor.

Ich füge die Schaltpläne rund um die Anlage mal an (Dateigröße
jeweils ca. 100 kB):

  1. Leistungs-Verkabelung/Phasenanschnittsteuerung:
    http://img802.imageshack.us/img802/9187/4von4.gif

Das ist aber ne heftige Leistung für Phasenanschnitt. Der Kunde weiß, dass er das nicht am Niederspannungsnetz betreiben darf?

#3

Hallo Median

… derzeit über eine Phasenanschnittssteuerung gesteuert (mittels Drehpotentiometer). Dass man die Leistung mit dem Drehpotentiometer nicht linear einstellen kann bzw. die Drehpotentiometerstellungs-Heizleistungs-Kennlinie nicht bekannt ist

Hier ist sie:
http://images2.bilder-speicher.de/show-image_org-110…

Das Diagramm habe ich mal vor Jahrzehnten berechnet. Die Quelle der verwendeten Formeln ist das Thyristor-Handbuch der Firma SIEMENS AG von 1965.

Zur Messtechnik wirst Du von Kollegen kompetentere Antworten erhalten.

Viel Erfolg
merimies

#4

Hallo Median !

Hab mir mal die Anleitung des Phasenanschnittstellers Eurotherm 7300 A im Netz angesehen.
Das ist doch ein sehr komfortables Gerät,was sich auch mit dem Computer für alle möglichen Anzeigezwecke verbinden läßt.

Die Stellung mit einem gewöhnlichen 100 k-Poti(Linear!) ist eine eher einfache Grundeinstellung,aber auch die ist m.E. linear zum Drehwinkel,deshalb sollte die Skala auch 0-100% haben.
Wenn das auf 50 % steht,dann sollten das auch 50% von 40 kW Anschlußwert sein,also 20 kW. Das wäre dann auch der momentane Verbrauch.

Zur Anzeige direkt an der Maschine eignet sich sicher ein Amperemeter(analoges Dreheiseninstrument,Direktanzeige eher nicht wegen des hohen Stromes(ca. 58 A),dann mit Strom-Meßwandler.
Eine Phase sollte ausreichen,da alle gleichartig betrieben werden.

Der Strom ist linear zur Leistung,also aussagekräftig als Zustandsanzeige der Heizleistung.
Ein echtes Wattmeter braucht es dazu hier wohl nicht.
Zur Einhaltung von Erprobungswerten der Heizleistung reicht das A-Meter voll aus.
Aber hat die Anlage keine echte Regleung,einen Regelkreis aus Wärmefühler und Stellung über den 7300 A Regler ?
Das sollte sie aber sicher noch erhalten,ebenso eine Einweisung des Nutzers in Bedienung und Einstelung des 7300 A.

MfG
duck313

#5

Hallo Median !

Hab mir mal die Anleitung des Phasenanschnittstellers
Eurotherm 7300 A im Netz angesehen.
Das ist doch ein sehr komfortables Gerät,was sich auch mit dem
Computer für alle möglichen Anzeigezwecke verbinden läßt.

Die Stellung mit einem gewöhnlichen 100 k-Poti(Linear!) ist
eine eher einfache Grundeinstellung,aber auch die ist m.E.
linear zum Drehwinkel,deshalb sollte die Skala auch 0-100%
haben.

Ich habe das so verstanden, dass der Phasenanschnittswinkel linear zum Poti-Wert ist.

Wenn das auf 50 % steht,dann sollten das auch 50% von 40 kW
Anschlußwert sein,also 20 kW. Das wäre dann auch der momentane
Verbrauch.

Da hast du dir einen einfachen Fall heraus gesucht.
Wenn aber Potistellung 25% einen Zündwinkel von 45° bedeutet (25% von 180°), dann hat man nicht 25% Leistung.

#6

Hallo merimies,

vielen Dank für das Diagramm, ich bin mir zwar noch nicht sicher, ob es sich für den hier vorliegenden Fall verwenden lässt (zumal das Drehpotentiometer von 0 - 100% zehn Umdrehungen benötigt). Da werde ich noch einmal genauer nach dem Bauteil schauen, sobald ich wieder an den Schaltschrank gelange.

Gruß
Median

#7

@duck313 und xstrom
Hallo,

kurz vorneweg: wir sind selber die Kunden und die Stromversorgung ist weitestgehend sichergestellt. Regelbar braucht die ganze Anlage nur manuell zu sein, also reicht die manuelle Steuerbarkeit der Heizleistung aus. Es geht konkret um einen Versuch in einer Kolonne, wo es für die Versuchsvorbereitung und Auswertung sehr praktisch ist, die tatsächliche Heizleistung zu kennen.

Je genauer das möglich ist, umso besser. Ich habe leider (noch) kein Gefühl dafür, was mit welchem Aufwand möglich ist. 10 bis 20 Einstellwerte (oder eben der gesamte Einstellungsbereich) sind schon wünschenswert. Soweit ich mich erinnere, liefert der Heizflansch auch bei der Drehpoti-Einstellung auf 0 eine noch nicht bezifferbare Leistung von bis zu mehreren 100 Watt.

Die Einweisung seitens der Lieferanten des Schaltschranks sah - aufs wesentliche zusammengefasst - so aus, dass gezeigt wurde, wie man die ganze Anlage einschaltet, wie man sie komplett ausschaltet. Der Heizflansch lief auch schon unter Volllast.

Ihr nennt beide ein Dreheisen-Instrument mit Stromwandler. Im Unterschied zum Wattmeter misst dieses dann nicht die Spannung (die unter hoher Last möglicherweise leicht abfällt?). Könnt ihr mir hier noch eine Aussage zu der möglichen Genauigkeit machen, bevor ich dann in Richtung Dreheisen-Messinstrumente recherchiere (und mich an die Beschaffung mache)?

Vielen Dank euch beiden!

Median

#8

Hallo !

Warum bei Potistellung 0 ein (für diese Heizung mit 40 kW) geringer Verbrauch von einigen 100 W auftritt,weiss ich nicht.

Ist das direkt an der Heizung gemessen(Ausgang des Stellers) oder am Eingang des 7300 A ? Dann wäre es auf den Eigenverbrauch des Stellers 7300 A zurückzuführen,die Heizung sollte dabei aus sein.

Bietet das Gerät denn nicht den Anschluß an einen PC mit der Auslesung von elektrischen Werten ?

Ein Amperemeter(Typ Dreheisen über Stromwandler) ist eher ein Betriebmeßgerät als ein Labormeßgerät. Es kommt also weniger auf den absoluten Wert an,als auf Vergleichsdaten zur Kontrolle der Funktion.

Toleranzen gibts so ab 1,5 % vom Endwert,das bedeutet bei Skalenausschlag voll 60 oder 80 A,einen Fehler von 0,9 bis 1,2 A.

Bei kleinem Anzeigewert,z.B. 20 A ist der Fehler in Prozent dann allerdings schon höher,weil 1,2 A von 20 A Anzeige bereits 6 % wären.
Hinzu käme noch der Meßfehler des Stromwandlers

Kommt es auf die tatsächliche Leistung in Watt an,die ja das Produkt aus Strom und Spannung ist,dann bleibt wohl nur ein echtes Wattmeter für Drehstrom.
Oder eine zeitweilige Messung mit Stromzange(um eine Phase,ohne auftrennen) und Spannungsmessung,woraus dann das Meßgerät die Leistung errechnet und anzeigt.

MfG
duck313

#9

Hallo,

Der Heizflansch wird mit Drehstrom betrieben und derzeit über
eine Phasenanschnittssteuerung gesteuert

Woher weißt Du das? Das Steuergerät kann auch mit Impulsgruppen ansteuern.
Im übrigen ist das auch keine Steuerung, sondern eine Regelung. Wobei die Leistung geregelt wird. Und dies dann gemäß einer Kennlinie. Das sollte der Installateur oder Planer der Anlage genau sagen können und müssen.
Gruß
loderunner

#10

Hallo,

kurz vorneweg: wir sind selber die Kunden und die
Stromversorgung ist weitestgehend sichergestellt. Regelbar
braucht die ganze Anlage nur manuell zu sein, also reicht die
manuelle Steuerbarkeit der Heizleistung aus. Es geht konkret
um einen Versuch in einer Kolonne, wo es für die
Versuchsvorbereitung und Auswertung sehr praktisch ist, die
tatsächliche Heizleistung zu kennen.

OK, dann sollte man sich über die Anschaffung einer guten Stromzange Gedanken machen.
Ich habe die hier:
http://de.benning.de/de/corporate/produkte-dienstlei…
Die kann TRUE-RMS (kommt also auch mit den merkwürdigsten Stromverläufen klar) und ist sehr hilfreich.
Ich weiß ja nicht, was ihr sonst noch alles so in der Firma macht, aber ich kenne zig Fälle, wo eine genau messende komfortable Stromzange sehr hilfreich ist.

(Wenn man durch den Zangenkopf die zu messende Ader mehrfach druchfädelt, kann man auch kleinere Ströme/Leistungen erfassen. Ich habe mir da selber einen 10fach-Adapter gebaut .)

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#11

Typenbezeichnung etc.
Hallo,

ich befinde mich hier an einer Hochschule, wobei die Werkstatt hier wie ein unabhängiger Dienstleister agiert, was auch bedeutet, dass man das Problem nicht kurz abhandeln kann. Ebenso wollte man mir dort ja auch Angaben zur Größenordnung zur Abweichung von Drehpotentiometer-Einstellung (%) zur tatsächlichen Heizleistung (% von 40 kW) machen. Deswegen bin auch sehr dankbar, dass ihr mir so gut helft!

Eigenverbrauch

Ob das Gerät nun einen Eigenverbrauch in dieser Größenordnung hat, oder ob die Steuerspannung womöglich nicht auf 0 V heruntergeregelt werden kann, dazu kann ich gerade keine Aussage machen.

Anschluss an den PC

Nachfolgend habe habe ich die Typenbezeichnung des 7300A aufgeschlüsselt, es gibt keine Kommunikationsschnittstelle.

Vorweg kurz noch informationen zum Dreiphasen-Thyristorsteller. Ich habe das Typenschild abgelesen und die Eigenschaften aus der Bedienungsanleitung zusammengestellt:
Eurotherm 7300A 63A/400V/SELF/XXXX/3S/FUSE/PA/0V5/GER/YES/V2/XXXX/NONE/XXXX/XXXX/XX/NONE/XXXX/NONE/NONE -/-

Aufgeschlüsselt:
Nennstrom 63 A,
Anschlusspannung 400 V,
Steuerspannung: interne Elektronikversorgung,
Lüfterversorgung: kein Lüfter,
Lastkonfiguration Stern ohne N Punkt,
Sicherung: Sicherung mit Halter,
Betriebsart: Phasenanschnitt,
Ansteuerung: Spannungseingang 0 - 5 V,
Bedienungsanleitung: deutsch,
Optionen: mit Optionen,
Rückführung: Spannung (V2)

Ansonsten keine Optionen.

Aus dem Handbuch:

„Zur Funktion steht bei der Rückführung (PA, V2):
Effektivwert der Lastspannung zum Quadrat, Netzkompensation.“

„Beim Eingangs/Ausgangs-Verhältnis: Das Ausgangssignal (U²,I² bzw. P) des Thyristorstellers 7300A im Bereich von 4 % bis 94 % ist linear und proportional zur Ansteuerung. Das Ansteuerungssignal kann als […] 0 - 5 V […] gewählt werden.“

Das müsste doch bedeuten, dass ich mit dem Potentiometer über den Drehwinkel linear die Leistung steuern können müsste.

Viele Grüße
Median