Drehstrom messen II:Die Auswahl der richtigen Prüfspannungsquelle

Eine präzise Einphasen- oder Dreiphasenversorgung mit optimaler Phasensymmetrie in Bezug auf Amplitude und Phasenlage ist für bestimmte Prüfungen von erheblicher Bedeutung. Sollte eine – oder gar beide – Voraussetzungen nicht erfüllt sein, kann es zu erheblichen Fehlmessungen und im schlechtesten Fall sogar zu einer falschen iO-/niO-Bewertung kommen.

Mit unseren 6 Auswahlkriterien findet jeder zur passenden Prüfspannungsquelle:

Auswahlkriterien

1 feste oder variable Prüfspannung?

2 geringe oder hohe Spannungsstabilität?

3 feste oder variable Frequenz?

4 geringe oder hohe Phasensymmetrie?

5 präzise Phasenverschiebung von 120° zwischen den 3 Phasen?

6 geringe Verzerrungen / Oberwellen?

Für all diese Anforderungen gibt es unterschiedliche Lösungen – die sich nach technischem Aufwand und dementsprechend auch im Preis unterscheiden – siehe auch unsere Übersicht am Ende dieses Beitrags.

Welche Unsymmetrien gibt es im Drehstromnetz?

1. Unsymmetrische Phasenspannungen
In der Netzversorgung dürfen die Spannungsunterschiede zwischen den 3 Phasen mehrere Prozent betragen.

2. Unsymmetrische Phasenlage zwischen den Phasen
Nicht zu unterschätzen ist auch die Abweichung in der Phasenlage der 3 Phasen zueinander. Idealerweise sollte sie 120° elektrisch sein. Aber schon wenige Zehntel Grad Phasenunterschied zum Idealwert können sich signifikant auf die Stromaufnahme bzw. den cos φ des Prüfobjektes auswirken.
Dies gilt insbesondere für elektrische Maschinen.

3. Verzerrungen / Oberwellen
Auch diese Einflüsse haben je nach Schweregrad Auswirkung auf die Prüfung, werden aber in diesem Beitrag nicht berücksichtigt.

Welche Auswirkungen haben Unsymmetrien auf das Prüfergebnis?

Unsymmetrische Phasenamplituden und/oder Phasenverschiebungen können zu erheblichen Stromaufnahmeunterschieden in den einzelnen oder verketteten Phasen führen.
Klar, Phasenunsymmetrien gibt es immer im realen Netz – dann treten natürlich auch immer die beschriebenen Effekte auf …

Für Prüfzwecke hingegen ist eine hohe Symmetrie bezüglich Amplitude und Phasenlage oft notwendig, damit man bestimmte Fehlereffekte überhaupt erst zuverlässig detektieren kann. Als Beispiel für eine hohe Symmetrie wäre die Leerlauf-Stromaufnahme oder die Locked-Rotor-Prüfung von Asynchronmaschinen zu erwähnen.

Ohmsche, induktive oder kapazitive Prüfobjekte

Nahezu alle Prüfobjekte lassen sich seitens der Spannungsversorgung und der damit direkt verbundenen Stromaufnahme auf eine der 3 Grundvarianten bzw. Mischformen aus diesen 3 Varianten reduzieren.
Typischerweise wirkt sich dies auf die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom aus.

Rein ohmsche Prüfobjekte
Typisch sind hier zum Beispiel elektrische Wärmeerzeuger, bestehend aus Widerständen.
Da sie rein ohmscher Natur sind, lassen sich Spannungs- und Phasenunsymmetrien relativ einfach mathematisch korrigieren. Der Strom weist keine Phasenverschiebung zur Spannung auf, sodass auch Leistungsmessungen trotz Unsymmetrie möglich sind.

Induktive, kapazitive Prüfobjekte
Typisch sind hier zum Beispiel Elektromotoren, Kompensationen usw.
Die Zusammenhänge und Auswirkungen sind hier eindeutig komplexer und lassen sich aufgrund vieler Einflüsse nicht so einfach mathematisch kompensieren. Theoretisch ist die Kompensation immer möglich – aber praktisch sind viele Parameter von Bauteilen wie zum Beispiel Induktivitäten, Streuinduktivitäten, Kapazitäten und Kopplungen von Komponenten untereinander unbekannt.

Spätestens hier wird eine gute symmetrische Spannungsversorgung notwendig.

Spannungsquellen von SCHLEICH für eine optimale Prüfspannung

Prüfspannungs-versorgung	direkt aus dem Netz	Stelltrafo	Stelltrafo mit Regelung pro Phase	Stelltrafo mit Regelung pro Phase plus Feinkorrektur pro Phase	Frequenz-Umrichter	Frequenz-Umrichter plus Feinkorrektur pro Phase	elektronische Quelle
Prüfspannung variabel	–	+	+	+	+	+	+
Spannungssymmetrie	–	–	+	++	++	+++	++++
Spannungsschwankung schnell	–	–	–	+	++	++	++++
Spannungsschwankung langsam	–	+	+	+++	+++	+++	++++
120° Phasensymmetrie	–	–	–	–	+++	+++	++++
Ausgangsfrequenz variabel	–	–	–	–	+++	+++	++++
Verzerrung Oberwellen	–	–	–	–	++	++	++++
Preis	++++	+++	++	+	+	–	––
Bewertung	ausreichend	befriedigend	befriedigend	gut	gut	sehr gut	sehr gut
Fazit	für Prüfungen mit festen Spannungen aber ohne Anspruch an Stabilität	variable Spannung	variable Spannung mit guter Symmetrie	variable Spannung mit top Symmetrie	top variable Spannung und Frequenz	nahe am Optimum variable Spannung und Frequenz	perfekt aber teuer variable Spannung, Frequenz und Phasenlage

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