Signalabtastung; Pll-Synchronisation - Sonel PQM-702 Bedienungsanleitung

3 Aufbau und Messmethoden
Der Perfekte Integrator hat eine unendliche Verstärkung für konstante Signale, die mit einer Ge-
schwindigkeit von 20 dB/Frequenzdekade fallen. Die Phasenverschiebung ist konstant über den gesam-
ten Frequenzbereich und beträgt -90°.
Theoretisch bewirkt eine unendliche Verstärkung für ein konstantes Signal, wenn es am Eingang des
Integrators erscheint, die Sättigung des Ausgangs nahe der Versorgungsspannung und verhindert somit
die weitere Arbeit des Geräts. In der Praxis wird eine Lösung, die die DC-Verstärkung auf einen bestimm-
ten Wert einschränkt, und zusätzlich eine periodisch Zurücksetzung des Ausgangs bewirkt. Es gibt auch
Techniken der aktiven Zurücksetzung der Gleichspannung, die auf der Messung und Rückgabe zum Ein-
gang beruht, aber mit umgekehrten Zeichen, wodurch es effektiv gelöscht wird. Im Englischen wurde der
Begriff „leaky integrator" angenommen, was einen Integrator mit Auslauf bedeutet. Ein analoger „leaky
integrator" ist einfach ein Integrator mit Kondensator mit überbrücktem Widerstand mit hohem Wert. Ein
solches System wird dann gleichbedeutend mit Tiefpassfilter mit einer sehr niedrigen Filterfrequenz.
Die digitale Integratorimplementierung gewährleistet hervorragende Langzeitparameter – die ge-
samte Prozedur wird über eine Berechnung durchgeführt, eine Alterung der Elemente, Drift usw. ist hier
unmöglich. Jedoch so wie bei der analogen Version kann es hier zur Sättigung kommen und ohne ent-
sprechende Gegenwirkung kann die digitale Integration nutzlos sein. Zu beachten ist, dass sowohl Ein-
gangsverstärker, als auch Analog-Digital-Wandler einen bestimmten endliche und unerwünschte Vorspan-
nung besitzen, die vor der Integration entfernt werden muss. In der Software des Analysators wurde ein
digitaler Filter integriert, deren Aufgabe es ist die konstante Komponente der Spannung zu eliminieren.
Das gefilterte Signal wird der digitalen Integration unterzogen. Die resultierende Phasencharakteristik hat
hervorragende Eigenschaften und die Phasenverschiebung für die kritischen Frequenzen von 50 und
60 Hz ist minimal.
Die Gewährleistung einer geringen Phasenverschiebung zwischen den Signalen des Stromes und
der Spannung ist für das Erhalten von geringen Leistungsfehlern wichtig. Es kann vorgeführt werden, dass
der geschätzte Messfehler mit folgender Abhängigkeit
Leistungsmessfehler ≈ Phasenfehler (in Radianten) × tg(φ) × 100 %
wobei tg(φ) den Tangens des Winkels zwischen dem Strom und der Spannung ihrer Grundkomponenten
bezeichnen. Aus der obigen Formel kann geschlussfolgert werden, dass die Messfehler zusammen mit
dem sinkenden Phasenverschiebungsfaktor steigen; beispielsweise bei einem Phasenfehler von 0,1° und
cosφ=0,5 beträgt der Fehler 0,3%. Wie auch immer, damit die Leistungsmessungen genau sind, muss die
Übereinstimmung der Phasen der Strom und Spannungskreise bestmöglich sein.
3.4

Signalabtastung

Das Signal wird abgetastet in allen acht Kanälen gleichzeitig abgetastet mit der Versorgungsspan-
nungsfrequenz des Referenzkanals. Die Frequenz beträgt 10,24 kHz für die Frequenz 50 Hz und 60 Hz.
Eine einzelne Periode hat daher 204,8 Proben für die Frequenz 50 Hz und 170,67 für 60 Hz. Es wurde
ein 16-Bit-Analog-Digital-Wandler eingesetzt, der ein 64-faches Oversampling gewährleistet.
Die analoge 3-dB-Dämpfung der Wege wurde für eine Frequenz von 20 kHz bestimmt, der Amplitu-
denfehler für die maximale brauchbare Frequenz 3kHz (also die Frequenz der 50. Oberwellen für ein
60 Hz-Netzwerk) hingegen beträgt ca. 0,1 dB. Die Phasenverschiebung für dieselbe Frequenz ist geringer
als 15°. Die Sperrdämpfung beträgt mehr als 75 dB.
Beachten Sie, dass für eine korrekte Messung der Phasenverschiebung zwischen den Oberwellen
der Spannung im Bezug auf die Oberwellen des Stromes und der Leistung dieser Oberwellen ist die ab-
solute Phasenverschiebung im Bezug auf die Bildfrequenz nicht wichtig, sondern die Übereinstimmung
der Phasencharakteristiken der Spannungswege mit den Stromwegen. Der größte Fehler der Phasendif-
ferenz beträgt für f = 3 kHz max. 15°. Der Fehler wird geringer, wenn die für uns interessante Frequenz
sinkt. Bei der Fehlereinschätzung der Messung der Leistung der Oberwellen, muss der zusätzliche Fehler,
den die Verwendeten Stromzangen und Wandler einführen.
3.5

PLL-Synchronisation

Die Synchronisierung der Abtastfrequenz wurde je nach Hardwareversion des Analysators durch
Hardware oder Hardware/Software umgesetzt. Das Spannungssignal wird nach Durchlaufen der Ein-
gangskreise auf den Bandpassfilter gerichtet, deren Aufgabe es ist die Stufe der Oberwellen zu verringern
und nur die Grundkomponente der Spannung durchzulassen. Danach wird das Signal in die Kreise der
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Current sensing for energy metering, William Koon, Analog Devices, Inc.
ausgedrückt werden kann:
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