Summenstromwandler: Grundlagen und Anwendungsbereiche

Der Summenstromwandler spielt eine wesentliche Rolle bei der Aggregation von Sekundärströmen aus Hauptstromwandlern. Hierbei dienen die Sekundärströme der Hauptwandler als Primärströme im Summenstromwandler und induzieren im Kerneisen die magnetische Flussdichte B [Tesla].

Für den ersten Hauptwandler mit einem Übersetzungsverhältnis von 600/5 A und den zweiten Hauptwandler mit einem Verhältnis von 400/5 A benötigt der Summenstromwandler auf der Primärseite entsprechend zwei 5 A Eingänge. Die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse der Hauptwandler werden in den Windungszahlen der zwei Primärwicklungen des Summenstromwandlers berücksichtigt.

Die Genauigkeit der Messungen wird durch die Kombination der Klassengenauigkeiten der Haupt- und Summenstromwandler bestimmt. Eventuelle Spannungsdifferenzen können jedoch in Verrechnungsmessungen oder qualitativen Leistungsmessungen zu nicht kontrollierbaren Fehlern führen.

Anwendungsbereiche

Durch den Betrieb einer Wandlerkaskade, wie in Abbildung 1 gezeigt, ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von 1000/5 A. Diese Konfiguration ermöglicht lediglich eine Aussage über den Gesamtstrom der beiden Hauptwandler, nicht jedoch über die individuellen Ströme in jedem Hauptwandler.

In Bezug auf die Genauigkeit müssen die Klassengenauigkeiten der Haupt- und Summenstromwandler addiert werden. Ungenauigkeiten resultieren vor allem aus nicht-linearen Abschnitten im unteren Aussteuerbereich des Kerneisens, was zu variierenden Genauigkeiten bei sich änderndem Nenn-Primärstrom führt.

Belastungen und Leistungsberechnungen

Die genaue Abschätzung der Leistungsanforderungen für Hauptwandler und Summenstromwandler ist von entscheidender Bedeutung, um eine zuverlässige und präzise Funktionalität sicherzustellen. Dieser Prozess beinhaltet die Berücksichtigung der Leistungsaufnahme des Messgeräts, der Messleitungsverluste und des Eigenverbrauchs der Summenstromwandler.

Leistungsaufnahme des Messgeräts:

Die Leistungsaufnahme des am Sekundärausgang des Summenstromwandlers angeschlossenen Messgeräts spielt eine zentrale Rolle bei der Gesamtleistungsanforderung. Diese Information ermöglicht eine genaue Dimensionierung der Gesamtsystemleistung und gewährleistet eine adäquate Energieversorgung.

Messleitungsverluste:

Die Verluste in den Messleitungen zwischen den Hauptwandlern und dem Summenstromwandler müssen ebenfalls sorgfältig berücksichtigt werden. Hierbei werden Faktoren wie der Leitungswiderstand und die Länge der Verbindungen analysiert, um mögliche Verluste zu quantifizieren und zu minimieren.

Eigenverbrauch der Summenstromwandler:

Der Eigenverbrauch der Summenstromwandler, beispielsweise bei Modellen vom Typ KSU und SUSK der MBS AG, der bei etwa 4 VA liegt, ist ein entscheidender Parameter. Diese Information ist wesentlich für die Gesamtleistungsberechnungen und beeinflusst die Wahl geeigneter Stromwandler.

Belastungen der Hauptwandler:

Die Belastungen der Hauptwandler können durch die Gesamtübersetzung und die Leistungsaufnahmen präzise berechnet werden. Hierbei müssen die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse der Hauptwandler berücksichtigt werden. Diese Berechnungen dienen nicht nur der Leistungsdimensionierung, sondern ermöglichen auch die Einhaltung der Normvorschriften.

Anschlüsse und Bezeichnungen der Summenstromwandler:

Die Normung der Anschlüsse und Bezeichnungen der Summenstromwandler spielt eine wesentliche Rolle für die korrekte Installation und den sicheren Betrieb des Gesamtsystems. Durch die Beachtung aktueller Normen wird sichergestellt, dass die Verbindungen einheitlich und normgerecht erfolgen, was wiederum die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messungen unterstützt.

Insgesamt erfordert die umfassende Leistungsbewertung eine präzise Analyse aller relevanten Faktoren, um sicherzustellen, dass das System den spezifischen Anforderungen gerecht wird und eine genaue Erfassung der elektrischen Größen gewährleistet ist.

Neue Anwendungsfelder

Summenstromwandler finden auch in neuen Anwendungsfeldern Anwendung, insbesondere in Gebäuden mit hohen Strom-Oberschwingungspegeln. Hierbei spielen aktive Oberschwingungsfilter eine entscheidende Rolle, um deformierte Sinusschwingungen zu glätten. Messungen bis zu 2,5 kHz sind dabei essenziell, während Anlagen bis 9 kHz in Planung sind.

Messung von Oberschwingungen

Die präzise Messung von Oberschwingungen durch eine Summenstromwandler-Kaskade erfordert eine eingehende Betrachtung der technischen Herausforderungen, die mit höheren Oberschwingungspegeln verbunden sind. Bei der Diskussion dieser Thematik wird deutlich, dass eine gründliche Planung erforderlich ist, um zuverlässige und genaue Messergebnisse zu erzielen.

Technische Herausforderungen:

Die Komplexität bei der Oberschwingungsmessung durch Summenstromwandler-Kaskaden liegt insbesondere in möglichen Sättigungserscheinungen. Sättigungserscheinungen können auftreten, wenn die Oberschwingungspegel einen bestimmten Punkt erreichen, der die lineare Arbeitsweise des Wandlermaterials beeinträchtigt. Dies kann zu Verfälschungen und Dämpfungen der gemessenen Oberschwingungspegel führen.

Untersuchungen und Ergebnisse:

Durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass bei höheren Oberschwingungspegeln die Wahrscheinlichkeit von Sättigungserscheinungen signifikant steigt. Die Auswirkungen dieser Sättigungserscheinungen auf die Messgenauigkeit müssen daher bei der Planung und Implementierung von Summenstromwandler-Kaskaden berücksichtigt werden.

Empfehlungen für die Planung:

Um Sättigungserscheinungen zu minimieren und die Genauigkeit der Oberschwingungsmessungen zu verbessern, ist eine sorgfältige Planung von entscheidender Bedeutung. Folgende Empfehlungen sind dabei relevant:

Optimierung der Wandlermaterialien: Verlustärmere Eisenmaterialien können dazu beitragen, die Auswirkungen von Sättigungserscheinungen zu reduzieren, insbesondere bei höheren Frequenzen.
Begrenzung der ohmschen Bürde: Eine gezielte Begrenzung der ohmschen Bürde am Summenstromwandler kann dazu beitragen, die induktive Belastung der Hauptwandler zu minimieren und somit Sättigungserscheinungen zu verringern.
Auswahl von Wandlermodellen mit höherer Frequenzgrenze: Bei Anwendungen mit hohen Oberschwingungspegeln sollten Summenstromwandler mit speziellen Modellen in Betracht gezogen werden, die eine höhere Frequenzgrenze unterstützen.

Forschung und Entwicklungen:

Es ist wichtig, dass die Branche kontinuierlich Forschung und Entwicklung betreibt, um neue Technologien und Ansätze zu identifizieren, die die Messgenauigkeit von Oberschwingungen durch Summenstromwandler weiter verbessern können. Zukünftige Entwicklungen könnten darauf abzielen, die lineare Arbeitsweise über einen breiteren Frequenzbereich hinweg zu optimieren und Sättigungserscheinungen effektiv zu eliminieren.

Insgesamt erfordert die Oberschwingungsmessung durch Summenstromwandler eine anspruchsvolle Planung, um die Genauigkeit der Messungen sicherzustellen und die potenziellen Herausforderungen zu bewältigen.

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