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Prinzipien der Stromerfassung

Beim Einsatz rein ohmscher Lasten wie Glühlampen oder Heizungen an einem herkömmlichen 230 Volt-Netz entstehen keine Verzerrungen auf dem Stromnetz. Mit dem Anwachsen nicht-linearer Lasten, wie durch phasenangeschnittene Regelbausteine, werden reine Sinuswellen zu trapezförmigen Kurvenformen verzerrt.

Viele marktübliche Strom- und Spannungsmessumformer sind nur auf sinusförmige Wechselströme kalibriert und ermitteln den Effektivwert durch eine Mittelwertbildung. MCR-Strommessumformer hingegen sind Echt-Effektivwert-Messumformer. Sie akzeptieren jede Kurvenform unabhängig vom Formfaktor.

Effektivwert-Erfassung nach transformatorischem Prinzip (RMS)

Effektivwert-Erfassung nach transformatorischem Prinzip  

Effektivwert-Erfassung nach transformatorischem Prinzip (RMS)

Eine Induktionsspannung entsteht an den Klemmen einer Spule durch einen magnetischen Fluss, der sich zeitlich ändert.

Eine Schaltungsanordnung aus zwei galvanisch getrennten, aber magnetisch gekoppelten Kreisen nennt sich Transformator.

Dies ist eine einfache und häufig verwendete Möglichkeit der Stromübertragung.

Echt-Effektivwert-Erfassung nach dem Rogowski-Prinzip (TRMS)

Echt-Effektivwert-Erfassung nach dem Rogowski-Prinzip  

Echt-Effektivwert-Erfassung nach dem Rogowski-Prinzip (TRMS)

Das Messprinzip nach Rogowski ist eine spezielle Form der transformatorischen Strommessung von sinus- und nicht sinusförmigen Wechselströmen.

Die Rogowski-Spule, eine eisenfreie Induktionsspule (Luftspule), misst die magnetische Spannung längs eines geschlossenen Umlaufs, der um einen stromführenden Leiter führt.

Das Ausgangssignal der Rogowski-Spule wird danach so aufbereitet, dass ein exaktes Abbild des Primärstromes entsteht.

Echt-Effektivwert-Erfassung mittels Hall-Sensor (TRMS)

Strom-Messung mit Hall-Sensor  

Echteffektivwert-Erfassung (TRMS) mittels Hall-Sensor

Der durch den Primärstrom IP erzeugte Magnetfluss wird in dem Magnetkreis verdichtet und mit einem Hall-Sensor im Luftspalt gemessen.

Das Ausgangssignal des Hall-Sensors wird danach so aufbereitet, dass ein exaktes Abbild des Primärstroms entsteht.

Mittelwertbildung

Effektivwert - quadratischer Mittelwert

Der Effektivwert eines Wechselstromes entspricht dem Dauerwert, der sich aus den Augenblickswerten des Stromes ergibt. Dieser Dauerwert erzeugt in einem ohmschen Widerstand die gleiche Wärmearbeit wie ein Gleichstrom gleicher Größe.

Echt-Effektivwert heißt, dass auch verzerrte Gleich- und Mischströme erfasst werden können. Der Messumformer ist somit unabhängig von der Kurvenform.

  • Ieff = Is/√2
  • Ueff = Us/√2

 

Darstellung des arithmetischen Mittelwerts  

Arithmetischer Mittelwert

Arithmetischer Mittelwert

Der arithmetische Mittelwert dient zur Messung von Gleichströmen oder zur Filterung eines Gleichanteils aus einem Mischstrom.

Die Anwendung des arithmetischen Mittelwertes auf einen symmetrischen Wechselstrom würde zu einem Messwert mit dem Betrag "0" führen.

Durch den arithmetischen Mittelwert ist es möglich, Gleichströme als analoge Normsignale am Ausgang zur Verfügung zu stellen.

Die Polung kann durch ein bipolares Ausgangssignal bewertet werden. Für das 230 V/50 Hz-Stromnetz bedeutet das auf den Spannungsebenen:

  • Ueff = 230 V
  • US = 325 V
  • Umittel = 0 V

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