Projekt vorgestellt: Strommessung im Haushalt bis 30A mit Arduino

[White_Fox]

Und da die Blindleistung 0 ist, ist es auch die Wirkleistung.

Sie ist aber eben nicht null. Die ESL nimmt Blindleistung != 0 auf.

Daher macht auch der Cosinus des Phasenwinkels PHI keinen wirklichen Sinn.

Verzeihung, der cos φ macht im oben verlinkten Bild tatsächlich wenig Sinn. Der cos φ bezieht sich per Definition auf die Grundwelle. Richtiger wäre der Leistungsfaktor λ, der auch die Oberschwingungsanteile (genau genommen: den cos φ der Oberschwingungen) mit einbezieht.
Mit Crest-Faktor hat das aber rein gar nichts zu tun.

Ein Brückengleichrichter macht aus jedem Verbraucher einen "vollwertiger reinen Wechselstromverbraucher".

Du meintest wahrscheinlich Wirkleistungsverbraucher. Und ich glaube, hier ist die Quelle deines Irrtums, denn ein Brückengleichrichter sorgt eben genau nicht dafür, das nur noch Wirkleistung konsumiert wird.

Denn: Hinter einem Brückengleichrichter hast du immer noch einen Wechselanteil drin. Würdest du diese Kurvenform in ihre Wechselanteile zerlegen (Fourieranalyse), würdest du einen Gleichanteil bekommen, die Wechselanteile sind aber eben nicht null, da sind immer noch welche da.
Wenn es so wäre wie du sagst, bräuchte man den Kondensator hinter dem Brückengleichrichter nicht mehr. Dieser filtert die Wechselanteile mehr oder weniger schlecht raus. Du kannst ja mal die Impedanz eines gegebenen Glättungskondensators für 50Hz, 100Hz, 150Hz, ... berechnen. Du wirst feststellen, daß der Kondensator die Wechelanteile kurzschließt-daraus resultiert eine Blindleistungsaufnahme. Gleichrichter hin oder her.

Also nochmal: Um die Leistung zu messen möglichst gleichzeitig Strom und Spannung bestimmen und multiplizieren. Da wird es positive Werte (Scheinleistung, damit das Wort mal vorkommt) und auch negative Werte (Blindleistung damit auch dieses Wort mal erwänt wird) geben. Integriere ich das auf, erhalte ich die Leistung (dir zuliebe Wirkleistung).

Schein-, Blind-, und Wirkleistung sind eindeutig definierte Begriffe. Mit unterschiedlichen Bedeutungen. Du mußt sie nicht verwenden um jemandem einen Gefallen zu tun.
Aber jedem, mit dem du dich darüber unterhälst, wirst du einen Gefallen tun indem du diese Begriffe passend zu ihrer Bedeutung verwendest.

[White_Fox]

Da hab ich dich doch ganz vergessen, influencer...

hiho

mal wieder eine naive nachfrage:
betrifft das 'gleichzeitig messen' problem.
es ist doch anzunehmen das die spannung konstant bleibt, oder ?
wuerde es da nicht reichen die spannung einmal auszumessen, die frequenz mit dem takt des arduino abzugleichen um anschliessend aus der ermittelten kurve die zeitgleichen spannungswerte zu den gemessenen stromwerten 'vorherzusagen' statt zu versuchen die gleichzeitig zu messen ?
bzw. wie 'konstant' ist die netzspannung aus Eurer erfahrung ? wuerde es reichen die z.b. alle 1min neu nachzumessen ?

Außer bei Sonderfällen (z.B. Sicherung schaltet ab) kannst du die Spannung als konstant annehmen. Die ist in Frequenz und Amplitude sehr konstant, alle 10min einmal messen würde mehr als ausreichen.

Zu dieser Idee hatte ich auch schon etwas geschrieben. Ich habe es dann allerdings wieder verworfen, weil du trotzdem noch eine zeitliche Referenz wie z.B. den Spannungsnulldurchgang brauchst. Anders bekommst du die Phasenverschiebung nicht. Und wenn du den AD-Wandler da raushalten willst brauchst du eine andere Form von "Startsignal". Z.B. einen Differenzverstärker, den du binär auswertest (auf Flankenwechsel triggern).

[Klebwax]

Sie ist aber eben nicht null. Die ESL nimmt Blindleistung != 0 auf.

Blindleistung ist physikalisch die Leistung, die ein Verbraucher an das Netz abgibt. Das erkennt man im Zeitdiagramm. Wenn Strom und Spannung die gleiche Polarität haben, das Produkt positiv ist, ist das die Scheinleistung. Haben Strom und Spannung unterschiedliche Polarität, das Produkt ist negativ, ist das Blindleistung. Betrachtet man das im Frequenzraum mit Amplitude und Phase dann muß man beide als Vektoren addieren. So ein Vektor von Amplitude und Phase macht natürlich nur dann Sinn, wenn das Signal mindestens eine Periode lang und periodisch ist.

Betrachtet man das zeitdiskret, so wie ein ADC das Signal abtastet, muß man multiplizieren und integrieren. Bei phasenverschobenen Sinussignalen kann man das leicht nachvollziehen. Da gibt es Zeiten, in denen Strom und Spannung unterschiedliche Vorzeichen haben. Ist der Strom aber nicht sinusförmig müsste man ihn, wenn man im Frequenzraum rechnen will, erst in seine Oberwellen aufteilen und diese einzeln berechnen. Das ist aber nicht nötig.

Mit Crest-Faktor hat das aber rein gar nichts zu tun.

Der Crest-Faktor geht genau dieses Problem (mit den Oberwellen) an. Bei einem Sinus ist das Verhältniss von Spitzenwert und Fläche unter der Sinuskurve (der Effektivwert) bekannt. Bei anderen Signalen, wie dem Strom im Bild oben, gilt dieser Wert nicht. Der Crestfaktor ersetzt das 1/2 * Wurzel 2, damit man wieder mit den bekannten Formeln rechnen kann.

Du meintest wahrscheinlich Wirkleistungsverbraucher. Und ich glaube, hier ist die Quelle deines Irrtums, denn ein Brückengleichrichter sorgt eben genau nicht dafür, das nur noch Wirkleistung konsumiert wird.

Denn: Hinter einem Brückengleichrichter hast du immer noch einen Wechselanteil drin. Würdest du diese Kurvenform in ihre Wechselanteile zerlegen (Fourieranalyse), würdest du einen Gleichanteil bekommen, die Wechselanteile sind aber eben nicht null, da sind immer noch welche da. Wenn es so wäre wie du sagst, bräuchte man den Kondensator hinter dem Brückengleichrichter nicht mehr.

Braucht man eigentlich auch nicht. Das EVG braucht eine Gleichspannung mit einer Mindestgroße, daher der Kondensator. Ein elektronischer Hallogentrafo hat keinen, da sieht man die 100Hz nach dem Gleichrichter am Ausgang. Bei vielen Induktionsherden ist das genauso. Trotzdem gibt es keinen Blindstrom, Strom und Spannung im Wechselstromkreis haben immer das gleiche Vorzeichen.

Schein-, Blind-, und Wirkleistung sind eindeutig definierte Begriffe. Mit unterschiedlichen Bedeutungen. Du mußt sie nicht verwenden um jemandem einen Gefallen zu tun.
Aber jedem, mit dem du dich darüber unterhälst, wirst du einen Gefallen tun indem du diese Begriffe passend zu ihrer Bedeutung verwendest.

Vollkommen richtig. Ich habe diese Begriffe zuerst auch bewusst nicht gebraucht, da sie bei zeitdiskreter Betrachtung der Leistung in einem Wechselstromkreis keine wirkliche Bedeutung haben. AD Wandler arbeiten aber nun mal so, und um die Leistung über der Zeit zu bestimmen, benötigt man sie nicht. Dafür ist man bei der zeitdiskreten Messung wesentlich flexibler. So wie der Strom im Bild oben eine beliebige Kurvenform haben kann, könnte die Spannung auch ein Rechteck, eine PWM sein. Und wenn man da bei einer induktiven Last den Abschaltstrom nicht in Freilaufdiode und Spulenwiderstand in Wärme umsetzt, sondern sie zurückspeist hätte man so etwas wie Schein- und Blindleistung auch dort.

MfG Klebwax

[White_Fox]

Blindleistung ist physikalisch die Leistung, die ein Verbraucher an das Netz abgibt.

Nein, das ist keine Blindleistung. Blindleistung ist eine physikalische Notwendigkeit zum Aufbau der elektromagnetischen Felder, Blindleistung transportiert aber keine verwertbare Energie. Blindleistung pendelt zwischen Quelle und Senke hin und her (und die Leitungen müssen diese daher auch transportieren können), aber es ist nichts was irgendwo in andere Energieformen überführt werden kann.

Wenn ein Verbraucher Leistung an das Netz abgibt (DAS passiert, wenn Strom und Spannung unterschiedliche Vorzeichen haben) ist er kein Verbraucher mehr, sondern ein Einspeiser. Wenn du einen Asynchronmotor am Netz anschließt nimmt der ausschließlich Blindleistung auf, aber keine Wirkleistung (Verluste vernachlässigt). Wenn du den Motor belastest nimmt der Motor zusätzlich Wirkleistung auf. Wenn du den Motor so schnell drehst daß der Rotor dem Statorfeld vorrauseilt erzeugst du "negative Wirkleistung" (Leistungsabgabe an Stelle von Leistungsaufnahme), da eine Lastflußumkehr (Motor arbeitet als Generator) stattfindet.

Und die Leistungsbegriffe behalten ihre Bedeutung sehr wohl bei, AD-Wandler hin oder her. Glaubst du denn, den ganzen Fourier-Zauber macht man zum Spaß? Nene, das hat schon alles seinen Sinn.

[Klebwax]

Ich hab eigentlich alles gesagt, was ich zu sagen habe. Das ich nicht ganz falsch liege, zeigt dieses Zitat aus dem Datenblatt des ADE7953, gemacht für Stromzähler

The real power calculation is derived from the instantaneous power signal. The instantaneous power signal is generated by a direct multiplication of the current and voltage signals. In order to extract the real power component (i.e., the dc component), the instantaneous power signal is low-pass filtered. Figure 2 illustrates the instantaneous real power signal and shows how the real power information can be extracted by low-pass filtering the instantaneous power signal. This scheme correctly calculates real power for nonsinusoidal current and voltage waveforms at all power factors. All signal processing is carried out in the digital domain for superior stability over temperature and time.

(Hervorhebungen von mir)

MfG Klebwax

[White_Fox]

Ich hab mir das Datenblatt des Bausteins mal kurz überflogen-das ist absolut keine gute Quelle. Aber wie gesagt, ich hab es nur kurz überflogen.
https://www.analog.com/media/en/tech...ts/ADE7953.pdf

Da gibt es zwei Kapitel-eins über die Berechnung der Wirkleistung (die nennen das 'real power') und eins über die Berechnung der Blindleistung (reactive power). Wenn man nur das Kapitel über die Wirkleistungsberechnung kennt könnte man tatsächlich auf die von dir vorgetragenen Erläuterungen kommen. Wenn man dann aber das Kapitel über die Blindleistung liest (und auch noch weiß was da passiert) merkt man, daß die Erklärungen zwar nicht direkt falsch, aber sehr knapp und unvollständig sind. Wer sein Wissen nur aus diesem Datenblatt bezieht kommt da nicht weit.

Etwas Besseres ist hier (eigentlich DIE Referenz für derlei E-Technikgrundlagen im deutschprachigen Bereich):
https://www.buecher.de/shop/leistung...d_id/44133491/

Öffentlich zu lesen hab ich nur hier was gefunden:
https://books.google.de/books?id=0JX...page&q&f=false

Aber vielleicht helfen dir die Übungsaufgaben und deren Lösungen hinten etwas weiter.

Allerdings scheint mir langsam auch der Grund dafür klar zu werden, warum diese "Smart Meter" (Ha ha) derartig problematisches Verhalten zeigen:
https://www.golem.de/news/umstritten...03-126656.html
https://www.golem.de/news/elektronis...03-126694.html
https://www.heise.de/newsticker/meld...h-3644942.html

Auch wenn die Kausalität in den Artikeln nahegelegt wird-mit den Rogowski-Spulen an sich hat das sicher nichts zu tun.

[stfan1409]

...
Also bitte für mich (und meine Messung) zur Erklärung:

Bekomme ich die Wirkleistung, wenn ich die Spannungen und Ströme Multiplizieren, aufaddiere, durch die Anzahl der Messungen teile und hinterher mit dem Cos Phi multipliziere?
(Ich würde das Programm nächste Woche dahin mal ändern)

Ihr habt mich da wirklich verunsichert...

[White_Fox]

Ja, unter der Voraussetzung daß du es nur mit sinusoidalen Spannungen und Strömen zu tun hast.

Und diese Vorraussetzung ist im praktischen Netz eben nicht mehr gegeben.

[avr_racer]

...
Also bitte für mich (und meine Messung) zur Erklärung:

Bekomme ich die Wirkleistung, wenn ich die Spannungen und Ströme Multiplizieren, aufaddiere, durch die Anzahl der Messungen teile und hinterher mit dem Cos Phi multipliziere?
(Ich würde das Programm nächste Woche dahin mal ändern)

Ihr habt mich da wirklich verunsichert...

Ja nur für deine Scheinleistung ist dies auch so i.O. ohne den Cos PHI, nur musst du halt die Werte von Strom/Spannung zur selben Zeit aufnehmen!!! Ausser du rechnest mit Effektivwerten da ist es dann egal zu welcher Zeit du die Signale erfasst,
heißt du tastest solange Strom und Spannung nach deren höhsten Scheitelwert ab und rechnest sie in Effektivwerte um. Das Abtasten der Scheitelwerte kann dann aber wiederum einzelnd erfolgen

Der aktuelle Stand ist, dass die Leistung ohmscher Verbraucher problemlos gemessen werden kann. Bei induktiven und kapazitiven Verbrauchern stimmen die Werte nicht.
Und genau hier benötige ich Unterstützung aus dem Forum. Vielleicht kann mir jemand sagen wo der Fehler ist, ODER wie ich den Fehler einkreisen kann. Ich bin der Meinung, dass das Messverfahren für alle Verbraucher richtig ist. Also muss hardwaremäßig ein Problem / Fehler vorliegen um induktive / kapazitive Lasten zu messen.

Nun zu dem eigentlichen warum für kap/ind-Werte deine Anzeigen nicht stimmen weil du den cos Phi nicht ermittelst hast. Ohne diesen kannst du nicht auf die Wirk/Blind/Scheinleistung zurückrechnen. Siehe ein paar Seiten zuvor...

Heißt dein Spannungs und Stromsignal muss so stark verstärkt werden das sie zum Rechtecksignal(OPV Komperator) werden was dann die Auswertung mit einem Timer recht einfach macht. Das Spannungssignal wird mit jedem Flankenwechsel auch gleichzeitig dein Nulldurchgang signalisieren so das der Timer gestartet werden kann und mit dem Flankenwechsel vom Stromsignal wieder gestoppt wird. Diese Zeitdifferenz braucht nur noch in ein Winkel umgerechnet werden...

Ein Hinweis zu dem was Seite 3 22.11.2018, 16:38

Bezieht sich auf Effektivwerte von Strom und Spannung die bekanntlich aus den Scheitelwerten berechnet werden können
S = U * I oder Wurzel aus (P² + Q²) ist QUASI die Gesamtleistung aber die setzt sich aus Wurzel aus (P² und Q²) zusammen
P = U * I * cosPHI
Q = U * I * sinPHI

Für den Haushalt geht man erstmal von sinusförmigen Strömen aus. Für Industrie/Firmen treibt man es unter Umständen mit Kompensationsanlagen soweit das man dem Sinus sehr nah kommt...

[stfan1409]

Nun zu dem eigentlichen warum für kap/ind-Werte deine Anzeigen nicht stimmen weil du den cos Phi nicht ermittelst hast. Ohne diesen kannst du nicht auf die Blind/Scheinleistung zurückrechnen.

Aber ich möchte doch gar nicht auf die Blind/Scheinleistung zurückrechnen - es geht mir nur um die Wirkleistung (die ich bei meinem Versorger ja auch bezahlen muss).
d.h. heißt, nur für die Anzeige der Wirkleistung müsste es ohne Cos Phi Ermittlung klappen, aber ich habe falsche Werte bei kap/ind-Werten...?