Hameg HM8115-2 User Manual

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Power-Meter

HM8115-2

Handbuch / Manual

Deutsch / English

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Hersteller HAMEG GmbH KONFORMITÄTSERKLÄRUNG Manufacturer Industriestraße 6 DECLARATION OF CONFORMITY Fabricant D-63533 Mainhausen DECLARATION DE CONFORMITE

Die HAMEG GmbH bescheinigt die Konformität für das Produkt The HAMEG GmbH herewith declares conformity of the product HAMEG GmbH déclare la conformite du produit

Bezeichnung / Product name / Designation:

Typ / Type / Type: HM8115-2

mit / with / avec: -

Optionen / Options / Options:

mit den folgenden Bestimmungen / with applicable regulations / avec les directives suivantes

EMV Richtlinie 89/336/EWG ergänzt durch 91/263/EWG, 92/31/EWG EMC Directive 89/336/EEC amended by 91/263/EWG, 92/31/EEC Directive EMC 89/336/CEE amendée par 91/263/EWG, 92/31/CEE

Niederspannungsrichtlinie 73/23/EWG ergänzt durch 93/68/EWG Low-Voltage Equipment Directive 73/23/EEC amended by 93/68/EEC Directive des equipements basse tension 73/23/CEE amendée par 93/68/CEE

Angewendete harmonisierte Normen / Harmonized standards applied / Normes harmonisées utilisées

Leistungsmessgerät/ Power-Meter/ Powe-Meter

Sicherheit / Safety / Sécurité

EN 61010-1: 1993 / IEC (CEI) 1010-1: 1990 A 1: 1992 / VDE 0411: 1994 Überspannungskategorie / Overvoltage category / Catégorie de surtension: II Verschmutzungsgrad / Degree of pollution / Degré de pollution: 2

Elektromagnetische Verträglichkeit / Electromagnetic compatibility / Compatibilité électromagnétique

EN 61326-1/A1 Störaussendung / Radiation / Emission: Tabelle / table / tableau 4, Klasse / Class / Classe B. Störfestigkeit / Immunity / Imunitee: Tabelle / table / tableau A1.

EN 61000-3-2/A14 Oberschwingungsströme / Harmonic current emissions / Émissions de courant harmonique: Klasse / Class / Classe D.

EN 61000-3-3 Spannungsschwankungen u. Flicker / Voltage fluctuations and flicker / Fluctuations de tension et du flicker.

Datum/Date/Date

15.01.2001

Unterschrift / Signature /Signatur

G. Hübenett

Technical Manager

Directeur Technique

Allgemeine Hinweise zur CE-Kennzeichnung

HAMEG Messgeräte erfüllen die Bestimmungen der EMV Richtlinie. Bei der

Konformitätsprüfung werden von HAMEG die gültigen Fachgrund- bzw.

Produktnormen zu Grunde gelegt. In Fällen wo unterschiedliche Grenzwerte

möglich sind, werden von HAMEG die härteren Prüfbedingungen angewendet.

Für die Störaussendung werden die Grenzwerte für den Geschäfts- und

Gewerbebereich sowie für Kleinbetriebe angewandt (Klasse 1B). Bezüglich der

Störfestigkeit finden die für den Industriebereich geltenden Grenzwerte

Anwendung.

Die am Messgerät notwendigerweise angeschlossenen Mess- und

Datenleitungen beeinflussen die Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte in

erheblicher Weise. Die verwendeten Leitungen sind jedoch je nach

Anwendungsbereich unterschiedlich. Im praktischen Messbetrieb sind daher

in Bezug auf Störaussendung bzw. Störfestigkeit folgende Hinweise und

Randbedingungen unbedingt zu beachten:

1. Datenleitungen

Die Verbindung von Messgeräten bzw. ihren Schnittstellen mit externen Geräten

(Druckern, Rechnern, etc.) darf nur mit ausreichend abgeschirmten Leitungen

erfolgen. Sofern die Bedienungsanleitung nicht eine geringere maximale

Leitungslänge vorschreibt, dürfen Datenleitungen (Eingang/Ausgang, Signal/

Steuerung) eine Länge von 3 Metern nicht erreichen und sich nicht außerhalb

von Gebäuden befinden. Ist an einem Geräteinterface der Anschluss mehrerer

Schnittstellenkabel möglich, so darf jeweils nur eines angeschlossen sein.

Bei Datenleitungen ist generell auf doppelt abgeschirmtes Verbindungskabel

zu achten. Als IEEE-Bus Kabel sind die von HAMEG beziehbaren doppelt

geschirmten Kabel HZ72S bzw. HZ72L geeignet.

Alle Signalleitungen sind grundsätzlich als abgeschirmte Leitungen

(Koaxialkabel - RG58/U) zu verwenden. Für eine korrekte Masseverbindung

muss Sorge getragen werden. Bei Signalgeneratoren müssen doppelt

abgeschirmte Koaxialkabel (RG223/U, RG214/U) verwendet werden.

3. Auswirkungen auf die Messgeräte

Beim Vorliegen starker hochfrequenter elektrischer oder magnetischer Felder

kann es trotz sorgfältigen Messaufbaues über die angeschlossenen Messkabel

zu Einspeisung unerwünschter Signalteile in das Messgerät kommen. Dies

führt bei HAMEG Messgeräten nicht zu einer Zerstörung oder Außer-

betriebsetzung des Messgerätes.

Geringfügige Abweichungen des Messwertes über die vorgegebenen

Spezifikationen hinaus können durch die äußeren Umstände in Einzelfällen

jedoch auftreten.

HAMEG GmbH

2. Signalleitungen

Messleitungen zur Signalübertragung zwischen Messstelle und Messgerät

sollten generell so kurz wie möglich gehalten werden. Falls keine geringere

Länge vorgeschrieben ist, dürfen Signalleitungen (Eingang/Ausgang, Signal/

Steuerung) eine Länge von 3 Metern nicht erreichen und sich nicht außerhalb

von Gebäuden befinden.

Änderungen vorbehalten

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Inhaltsverzeichnis

Konformitätserklärung 2

8 kW Leistungsmessgerät HM 8115-2 4

Technische Daten 5

Wichtige Hinweise 6

Symbole 6 Auspacken 6 Aufstellen des Gerätes 6 Transport 6 Lagerung 6 Sicherheitshinweise 6 Bestimmungsgemäßer Betrieb 7 Garantie und Reparataur 7 Wartung 7 Netzspannungsumschaltung 7

Bezeichnung der Bedienelemente 8

Messgrundlagen 9

Arithmetischer Mittelwert 9 Gleichrichtwert 9 Effektivwert 9 Crestfaktor 9 Formfaktor 9 Leistung 10 Leistungsfaktor 11

Gerätekonzept des HM8115-2 12

Einführung in die Bedienung des HM8115-2 12

Bedienelemente und Anzeigen 12

Befehlsliste der Gerätesoftware 18

Serielle Schnittstelle 19

Stichwortverzeichnis 20

English 22

Änderungen vorbehalten

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HM8115-2

8 kW Leistungs-Messgerät HM8115-2

Adapter HZ815

Effektivwert

eff

Wirkleistung

Leistungsmessung bis 8 kW

Simultane Anzeige von Spannung, Strom und Leistung

Messung von Wirk-, Blind- und Scheinleistung

Anzeige des Leistungsfaktors

Automatische Messbereichswahl und einfachste Bedienung

u (t)

u(t)

Für Messungen an Frequenzwandlern geeignet

Frequenzbereich DC bis 1 kHz

Messdatenerfassung und Bedienung über RS-232 Schnittstelle

ωt

Änderungen vorbehalten

inklusive

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8 kW Leistungsmessgerät HM8115-2

TECHNISCHE DATEN

Referenztemperatur: 23 °C ±2 °C

Technische Daten

SPANNUNG – ECHTEFFEKTIVWERT (AC+DC)

Messbereiche: 50 V 150 V 500 V Auflösung: 0,1 V 1 V 1 V Genauigkeit: ±(0,4% + 5 Digits) bei 20 Hz – 1 kHz

Eingangsimpedanz: 1 MOhm II 100 pF Crestfaktor: max. 3,5 am Messbereichende

Eingangsschutz: 500 V

STROM – ECHTEFFEKTIVWERT (AC+DC)

Messbereiche: 160 mA 1,6 A 16 A Auflösung: 1 mA, 1mA 10 mA Genauigkeit: ±(0,4% + 5 Digits) bei 20 Hz -1 kHz

Crestfaktor: max. 4 am Messbereichende Eingangsschutz Input: Sicherung 16 A Superflink (FF),

WIRKLEISTUNG

Messbereiche: 8 W 24 W 80 W 240 W Auflösung: 1mW 10mW 10mW 100mW Messbereiche: 800 W 2400 W 8000 W Auflösung: 100mW 1W 1W Genauigkeit: ±(0,5% + 10 Digits) bei 20 Hz - 1 kHz

Anzeige: 4stellig, 7-Segment LED

BLINDLEISTUNG

Messbereiche: 8 var 24 var 80 var Auflösung: 1 mvar 10 mvar 10 mvar Messbereiche: 240/800 var 2400/ 8000 var Auflösung: 100 mvar 1 var Genauigkeit: ±(2,5 % + 10 Digits + 0,02 x P)

Anzeige: 4stellig, 7-Segment LED

±(0,6% + 5 Digits) bei DC

6,3 x 32 mm

±(0,5% + 10 Digits) bei DC

bei 20 Hz – 400 Hz; P = Wirkleistung

BEDIENUNG / ANZEIGEN

Messfunktionen: Spannung, Strom, Leistung, Leistungs-

faktor

Messbereichswahl: automatisch / manuell Überlaufanzeige: optisch, akustisch

Spannungsanzeige: 3stellig, 7-Segment LED Stromanzeige: 4stellig, 7-Segment LED

KOMBINIERTE ANZEIGE:

für Wirk-, Blindund Scheinleistung: 4stellig, 7-Segment LED

Leistungsfaktor: 3stellig, 7-Segment LED

VERSCHIEDENES

Netzanschluss: 115/230 V ± 10%, 50/60 Hz

Schutzklasse I, EN 61010 (IEC 1010)

Leistungsaufnahme: ca. 15 W bei 50 Hz

Arbeitstemperaturbereich: 0°....+40 °C

Zulässige rel. Feuchte: < 80% Gehäusemaße (BxHxT): 285 x 75 x 365 mm

Gewicht: ca. 4 kg

SCHEINLEISTUNG

Messbereiche: 8VA 24VA 80VA Auflösung: 1 mVA 10 mVA 10 mVA Messbereiche: 240/800 VA 2400/ 8000 VA Auflösung: 100 mVA 1 VA Genauigkeit: ±(0,8% + 5 Digits) bei 20 Hz – 1 kHz

Anzeige: 4stellig, 7-Segment LED

LEISTUNGSFAKTOR

Anzeige: 0,00 bis +1,00 Genauigkeit: ±(2% + 3 digits)

50-60 Hz: U und I (Sinus) und > 1/10 v. Messbereich

MONITORAUSGANG (analog)

Anschluss: BNC- Buchse (galvanische Trennung

v. Messkreis und RS-232 Schnittstelle)

Bezugspotential: Schutzleiteranschluss Pegel: 1Vav bei Bereichende (2400/8000 Digits)

Genauigkeit: typ. 5 % Ausgangsimpedanz: ca. 10 kOhm

Bandbreite: DC bis 1 kHz Fremdspannungsschutz: ± 30 V

SERIELLE SCHNITTSTELLE

Anschluss: D-Sub- Buchse (galvanische Trennung

v. Messkreis und Monitorausgang)

Typ: RS-232 (3 Leitungen) Protokoll: Xon / Xoff

Übertragungsraten: 1200 / 9600 Baud Funktionen: Steuerung / Datenabfrage

Lieferumfang: Power Meter HM8115-2, Netzkabel,

Bedienungsanleitung, Software-CD

Als weiteres Zubehör empfehlen wir:

HZ33, HZ34: Messkabel BNC / BNC HZ42: 19" Einbausatz 2HE für Gehäusehöhe 75 mm HZ815: Steckdosen-Adapter (Schuko)

Änderungen vorbehalten

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STOP

Wichtige Hinweise

entwicklung kann bei gleichzeitigem Betrieb aller Geräte, zu groß werden.

Transport

Symbole

TiPP

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

Symbol 1: Achtung - Bedienungsanleitung beachten Symbol 2: Vorsicht Hochspannung Symbol 3: Masseanschluss Symbol 4: Hinweis – unbedingt beachten Symbol 5: Tipp! – Interessante Info zur Anwendung Symbol 6: Stop! – Gefahr für das Gerät

STOP

Auspacken

Prüfen Sie beim Auspacken den Packungsinhalt auf Vollständigkeit. Ist der Netzspannungsumschalter entsprechend der vorhandenen Netzversorgung eingestellt? Nach dem Auspacken sollte das Gerät auf mechanische Beschädigungen und lose Teile im Innern überprüft werden. Falls ein Transportschaden vorliegt, ist sofort der Lieferant zu informieren. Das Gerät darf dann nicht in Betrieb genommen werden.

Aufstellen des Gerätes

Das Gerät kann in zwei verschiedenen Positionen aufgestellt werden: Die vorderen Gerätefüße werden wie in Abbildung 1 aufgeklappt. Die Gerätefront zeigt dann leicht nach oben. (Neigung etwa 10°).

Bewahren Sie bitte den Originalkarton für einen eventuell späteren Transport auf. Transportschäden aufgrund einer mangelhaften Verpackung sind von der Garantie ausgeschlossen.

Lagerung

Die Lagerung des Gerätes muss in trockenen, geschlossenen Räumen erfolgen. Wurde das Gerät bei extremen Temperaturen transportiert, sollte vor dem Einschalten eine Zeit von mindestens 2 Stunden für die Akklimatisierung des Gerätes eingehalten werden.

Sicherheitshinweise

Diese Gerät ist gemäß VDE0411 Teil1, Sicherheitsbestimmungen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel, und Laborgeräte, gebaut und geprüft und hat das Werk in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand verlassen. Es entspricht damit auch den Bestimmungen der europäischen Norm EN 61010-1 bzw. der internationalen Norm IEC 1010-1. Um diesen Zustand zu erhalten und einen gefahrlosen Betrieb sicherzustellen, muss der Anwender die Hinweise und Warnvermerke, in dieser Bedienungsanleitung, beachten. Das Gerät entspricht der Schutzklasse 1, somit sind alle Gehäuse- und Chassisteile mit dem Netzschutzleiter verbunden. Das Gerät darf aus Sicherheitsgründen nur an vorschriftsmäßigen Schutzkontaktsteckdosen oder an Schutz-Trenntransformatoren der Schutzklasse 2 betrieben werden.

Sind Zweifel an der Funktion oder Sicherheit der Netzsteckdosen aufgetreten, so sind die Steckdosen nach DIN VDE0100,Teil 610, zu prüfen.

Bild 1

Bild 2

Bild 3

Bleiben die vorderen Gerätefüße eingeklappt, wie in Abbildung 2, lässt sich das Gerät mit vielen weiteren Geräten von HAMEG sicher stapeln. Werden mehrere Geräte aufeinander gestellt sitzen die eingeklappten Gerätefüße in den Arretierungen des darunter liegenden Gerätes und sind gegen unbeabsichtigtes Verrutschen gesichert. (Abbildung 3). Es sollte darauf geachtet werden, dass nicht mehr als drei bis vier Geräte übereinander gestapelt werden. Ein zu hoher Geräteturm kann instabil werden und auch die Wärme-

Das Auftrennen der Schutzkontaktverbindung innerhalb oder außerhalb des Gerätes ist unzulässig!

Beim Anlegen von berührungsgefährlichen Spannungen an die Eingangsbuchsen INPUT diesbezüglichen Sicherheitsvorschriften beachtet werden! Gleichspannung ist erdfrei zu machen! Wechselspannung ist mit einem Schutztrenntrafo erdfrei zu machen!

Vor dem Abziehen der Sicherheitsstecker am INPUT

ist sicherzustellen dass diese spannungsfrei sind. Ansonsten besteht Unfallgefahr, im schlimmsten Fall Lebensgefahr!

Werden Geräte der Schutzklasse I an OUTPUT angeschlossen, ist der Schutzleiter PE am Prüfling separat anzuschließen. Wird dies nicht beachtet, besteht Lebensgefahr! Das Gerät darf nur von Fachpersonal geöffnet werden. Zuvor ist es spannungsfrei zu schalten!

Die Sicherheitsstecker können durch hohe Ströme

STOP

heiß werden!

– Der Netzspannungsumschalter muss entsprechend der

vorhandenen Netzversorgung eingestellt sein.

– Das Öffnen des Gerätes darf nur von einer entsprechend

ausgebildeten Fachkraft erfolgen.

– Vor dem Öffnen muss das Gerät ausgeschaltet und von

allen Stromkreisen getrennt sein.

müssen alle

Änderungen vorbehalten

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STOP

Wichtige Hinweise

In folgenden Fällen ist das Gerät außer Betrieb zu setzen und gegen unabsichtlichen Betrieb zu sichern: – Sichtbare Beschädigungen am Gerät – Beschädigungen an der Anschlussleitung – Beschädigungen am Sicherungshalter – Lose Teile im Gerät – Das Gerät arbeitet nicht mehr – Nach längerer Lagerung unter ungünstigen Verhältnissen

(z.B. im Freien oder in feuchten Räumen)

– Schwere Transportbeanspruchung

Garantie und Reparatur

HAMEG Geräte unterliegen einer strengen Qualitätskontrolle. Jedes Gerät durchläuft vor dem Verlassen der Produktion einen 10-stündigen „Burn in-Test“. Im intermittierenden Betrieb wird dabei fast jeder Frühausfall erkannt. Anschließend erfolgt ein umfangreicher Funktions- und Qualitätstest bei dem alle Betriebsarten und die Einhaltung der technischen Daten geprüft werden. Bei Beanstandungen innerhalb der 2-jährigen Gewährleistungsfrist wenden Sie sich bitte an den Händler, bei dem Sie Ihr HAMEG Produkt erworben haben. Um den Ablauf zu beschleunigen, können Kunden innerhalb der Bundesrepublik Deutschland die Garantiereparatur auch direkt mit HAMEG abwickeln.

Für die Abwicklung von Reparaturen innerhalb der Gewährleistungsfrist gelten unsere Garantiebedingungen, die im Internet unter http://www.hameg.de eingesehen werden können.

Auch nach Ablauf der Gewährleistungsfrist steht Ihnen der HAMEG Kundenservice für Reparaturen und Ersatzteile zur Verfügung.

von 15 °C bis 30 °C. Werte ohne Toleranzangabe sind Richtwerte eines durchschnittlichen Gerätes.

Wartung

Das Gerät benötigt bei einer ordnungsgemäßen Verwendung keine besondere Wartung. Sollte das Gerät durch den täglichen Gebrauch verschmutzt sein, genügt die Reinigung mit einem feuchten Tuch. Bei hartnäckigem Schmutz verwenden Sie ein mildes Reinigungsmittel (Wasser und 1% Entspan-nungsmittel). Bei fettigem Schmutz kann Brennspiritus oder Waschbenzin (Petroleumäther) benutzt werden. Displays oder Sichtscheiben dürfen nur mit einem feuchten Tuch gereinigt werden.

Verwenden Sie keinen Alkohol, Lösungs- oder Scheuermittel. Keinesfalls darf die Reinigungsflüssigkeit in das Gerät gelangen. Die Anwendung anderer Reinigungsmittel kann die Kunststoff- und Lackoberflächen

STOP

angreifen.

Netzspannungsumschaltung

Das Gerät arbeitet mit einer Netzwechselspannung von 115 V oder 230 V 50/60 Hz. Die vorhandene Netzversorgungsspannung wird mit dem Netzspannungsumschalter Netzspannungsumschaltung ist ein Wechsel der Netzeingangssicherungen notwendig. Die Nennströme der benötigten Sicherungen sind an der Gehäuserückwand abzulesen.

eingestellt. Mit der

Sicherungswechsel der Gerätesicherung

Return Material Authorization (RMA):

Bevor Sie ein Gerät an uns zurücksenden, fordern Sie bitte in jedem Fall per Internet: http://www.hameg.de oder Fax eine RMA-Nummer an. Sollte Ihnen keine geeignete Verpackung zur Verfügung stehen, so können Sie einen leeren Originalkarton über den HAMEG-Vertrieb (Tel: +49 (0) 6182 800 300, E-Mail: vertrieb@hameg.de) bestellen.

Bestimmungsgemäßer Betrieb

Die Geräte sind zum Gebrauch in sauberen, trockenen Räumen bestimmt. Sie dürfen nicht bei besonders großem Staubbzw. Feuchtigkeitsgehalt der Luft, bei Explosionsgefahr sowie bei aggressiver chemischer Einwirkung betrieben werden. Die zulässige Umgebungstemperatur während des Betriebes reicht von +10 °C...+40 °C. Während der Lagerung oder des Transportes darf die Temperatur zwischen –10 °C und +70 °C betragen. Hat sich während des Transportes oder der Lagerung Kondenswasser gebildet, muss das Gerät ca. 2 Stunden akklimatisiert werden, bevor es in Betrieb genommen wird. Das Gerät darf aus Sicherheitsgründen nur an vorschriftsmäßigen Schutzkontaktsteckdosen oder an Schutz-Trenntransformatoren der Schutzklasse 2 betrieben werden. Die Betriebslage ist beliebig. Eine ausreichende Luftzirkulation (Konvektionskühlung) ist jedoch zu gewährleisten. Bei Dauerbetrieb ist folglich eine horizontale oder schräge Betriebslage (vordere Gerätefüße aufgeklappt) zu bevorzugen.

Die Lüftungslöcher und die Kühlkörper des Gerätes dürfen nicht abgedeckt werden !

Nenndaten mit Toleranzangaben gelten nach einer Anwärmzeit von min. 20 Minuten, im Umgebungstemperaturbereich

Die Netzeingangssicherungen sind von außen zugänglich. Kaltgeräteeinbaustecker und Sicherungshalter bilden eine Einheit. Das Auswechseln der Sicherung darf nur erfolgen wenn zuvor das Gerät vom Netz getrennt und das Netzkabel abgezogen wurde. Sicherungshalter und Netzkabel müssen unbeschädigt sein. Mit einem geeigneten Schraubenzieher (Klingenbreite ca. 2mm) werden die an der linken und rechten Seite des Sicherungshalters befindlichen Kunststoffarretierungen nach innen gedrückt. Der Ansatzpunkt ist am Gehäuse mit zwei schrägen Führungen markiert. Beim Entriegeln wird der Sicherungshalter durch Druckfedern nach außen gedrückt und kann entnommen werden. Die Sicherungen sind dann zugänglich und können ggf. ersetzt werden. Es ist darauf zu achten, dass die zur Seite herausstehenden Kontaktfedern nicht verbogen werden. Das Einsetzen des Sicherungshalters ist nur möglich, wenn der Führungssteg zur Buchse zeigt. Der Sicherungshalter wird gegen den Federdruck eingeschoben, bis beide Kunststoffarretierungen einrasten.

Ein Reparieren der defekten Sicherung oder das Verwenden anderer Hilfsmittel zum Überbrücken der Sicherung ist gefährlich und unzulässig. Dadurch entstandene Schäden am Gerät fallen nicht unter die Garantieleistungen.

Sicherungstype: Kaltgerätesteckdose einfügen. Größe 5 x 20 mm; 250V~, C; IEC 127, Bl. III; DIN 41 662 (evtl. DIN 41 571, Bl. 3).

Netzspannung Sicherungs-Nennstrom 230 V 100 mA träge (T) 115 V 200 mA träge (T)

Änderungen vorbehalten

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Bezeichnung der Bedienelemente

1 2

Gerätefrontseite

3 4

12 14

1. POWER – Netzschalter

2. VOLT Display – Spannungsanzeige

3. AMPERE Display – Stromanzeige

4. FUNCTION Display – Anzeige für Leistung u. PF (power factor)

5. MONITOR – Monitorausgang

6. VOLT Tasten – Bereichsumschalter für Spannung

7. VOLT LED – Anzeige Spannungsbereich

8. AMPERE Tasten – Bereichsumschalter für Strom

9. AMPERE LED – Anzeige Strombereich

10. FUNCTION Tasten – Bereichsumschalter Messfunktion

HAMEG INSTRUMENTS

Programmable Power Meter

HM8115-2

Made in Germany

11. FUNCTION LED – Anzeige Messfunktion

12. INPUT – Eingang Stromversorgung für Prüfling

13. FUSE – Sicherung für den Messkreis

14. OUTPUT – Ausgang zum Prüfling

Geräterückseite

15. Serielle Schnittstelle RS-233 (9 pol. D-Sub Buchse)

16. Netzspannungsumschalter

17. Kaltgeräteeinbaustecker mit Netzsicherung

16 1715

CAT II

RS-232

Serial port

Voltage

230V

Selector

INTERNAL INSTRUMENT SUPPLY

115 - 230 VAC / 50 - 60 Hz

Power Fuse: IEC 127 – III, 5 x 20 mm

Träge, temporisé, time lag, lento

230 V: T100 mA / 115 V: T200 mA

Watts (max.): 15 at 230 V / 50 Hz

Änderungen vorbehalten

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STOP

Messgrundlagen

Verwendete Abkürzungen und Zeichen

W Wirkleistung P VA Scheinleistung S var Blindleistung Q

u(t) Spannung Momentanwert u²(t) Spannung quadratischer Mittelwert IÛI Spannung Gleichrichtwert

Spannung Effektivwert

eff

û Spannung Spitzenwert

Strom Effektivwert

eff

î Strom Spitzenwert

ϕ Phasenverschiebung (Phi) zwischen U und I cos ϕ Leistungsfaktor bei sinusförmigen Größen PF Leistungsfaktor (power factor) bei nichtsinusförmigen

Größen

Arithmetischer Mittelwert

= ––

∫|x

(t)

Der arithmetische Mittelwert eines periodischen Signals ist der gemittelte Wert aller Funktionswerte, die innerhalb einer Periode T vorkommen. Der Mittelwert eines Signals entspricht dem Gleichanteil.

– Ist der Mittelwert = 0 , liegt ein reines Wechselsignal vor. – Für Gleichgrößen ist der Mittelwert = Augenblickswert. – Für Mischsignale entspricht der Mittelwert dem Gleich-

anteil

|· dt

(t)

Bei einer sinusförmigen Wechselspannung u(t) = û sin

ωt ist

der Gleichrichtwert das 2/π-fache (0,637fache) des Scheitelwertes. Hier Formel sinusförmiger Gleichrichtwert

IuI =

––

∫|û sin ωt| dt = –– û = 0,637û

Effektivwert

Der quadratische Mittelwert x²(t) eines Signals entspricht dem Mittelwert des quadrierten Signals.

= ––

(t)

Wird aus dem quadratischen Mittelwert die Wurzel gezogen, ergibt sich der Effektivwert des Signals X

= ––

eff



Bei Wechselspannungssignalen möchte man wie bei Gleichspannungssignalen die selben Formeln zur Berechnung von Widerstand, Leistung, etc verwenden. Wegen der wechselnden Momentangrößen wird der Effektivwert (engl. „RMS“ – Root Mean Square) definiert. Der Effektivwert eines Wechselsignals erzeugt den selben Effekt wie ein entsprechend großes Gleichsignal.

Beispiel:

Eine Glühlampe, versorgt mit einer Wechselspannung von

, nimmt die gleiche Leistung auf und leuchtet genauso

230 V

eff

hell, wie eine Glühlampe versorgt mit einer Gleichspannung von 230 V

Bei einer sinusförmigen Wechselspannung u(t) = û sin ωt ist der Effektivwert das 1/√2-fache (0,707-fache) des Scheitelwertes.

––

U =



∫x

(t)

eff

∫x

(t)



1û

(û sinωt)2 dt = –– = 0,707û



∫





Gleichrichtwert

|x| = ––

Der Gleichrichtwert ist das arithmetische Mittel der Beträge der Augenblickswerte. Die Beträge der Augenblickswerte ergeben sich durch Gleichrichtung des Signals. Der Gleichrichtwert wird berechnet durch das Integral über eine Periode von Beträgen der Spannungs- oder Stromwerte.

IuI

∫|x

(t)

||dt

u (t)

eff

u(t)

Formfaktor

Wird der vom Messgerät ermittelte Gleichrichtwert mit dem Formfaktor des Messsignals multipliziert ergibt sich der Effektivwert des Signals. Der Formfaktor eines Signals ermittelt sich nach folgender Formel:

––––

F =

IuI Gleichrichtwert

Bei reinen sinusförmigen Wechselgrößen beträgt der Formfaktor:

TiPP

F =

–––– = 1,11

2√2

Effektivwert

eff

= –––––––––––––––

Änderungen vorbehalten

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STOP

Messgrundlagen

Crestfaktor

Der Crestfaktor (auch Scheitelfaktor genannt) beschreibt um welchen Faktor die Amplitude (Spitzenwert) eines Signals größer ist als der Effektivwert. Er ist wichtig bei der Messung von impulsförmigen Größen.

û Spitzenwert

––––

C =

Bei reinen sinusförmigen Wechselgrößen beträgt das Verhältnis: √2 = 1,414

TiPP

Messwerte ungenau, da das Messgerät übersteuert wird.

Die Genauigkeit des berechneten Effektivwertes ist abhängig vom Crestfaktor und verschlechtert sich mit höherem Crestfaktor des Messsignals. Die Angabe des maximal zulässigen Crestfaktors (techn. Daten) bezieht sich auf das Messbereichende. Wird nur ein Teil des Messbereiches genutzt (z.B. 230 V im 500 V-Bereich), darf der Crestfaktor größer sein.

Formfaktoren

= –––––––––––––––

eff

Effektivwert

Wird bei einem Messgerät der maximal zulässige Crestfaktor überschritten sind die ermittelten

Crest-Crest-

Crest-

Crest-Crestfaktorfaktor

faktor

faktorfaktor CC

Form-Form-

Form-

Form-Formfaktorfaktor

faktor

faktorfaktor FF

ππ



ππ

2 = 1,11



für Lasten mit induktiven bzw. kapazitiven Anteilen. Betrifft es die Quelle und die Last, erfolgt eine gegenseitige Beeinflussung. Die Wirkleistung errechnet sich aus der effektiven Spannung und dem Wirkstrom. Im Zeigerdiagramm ist der Wirkstrom die Stromkomponente mit der selben Richtung wie die Spannung.

I cos ϕ

ωt

Wenn: P = Wirkleistung

= Spannung Effektivwert

eff

= Strom Effektivwert

eff

ϕ = Phasenverschiebung zwischen U und I

ergibt sich für die Wirkleistung

· I

P = U

· cosϕ

eff

Der Ausdruck cosϕ wird als Leistungsfaktor bezeichnet.



2 = 1,57



Leistung

Die Leistung von Gleichgrößen (Gleichstrom, Gleichspannung) ist das Produkt von Strom und Spannung.

Bei der Wechselstromleistung muss zusätzlich zu Strom und Spannung auch die Kurvenform und die Phasenlage berücksichtigt werden. Bei sinusförmigen Wechselgrößen (Strom, Spannung) und bekannter Phasenverschiebung, lässt sich die Leistung leicht berechnen. Schwieriger wird es, wenn es sich um nichtsinusförmige Wechselgrößen handelt.

Mit dem Power Meter lässt sich der Mittelwert der augenblicklichen Leistung unabhängig von der Kurvenform messen. Voraussetzung hierfür ist, dass die bezüglich Crestfaktor und Frequenz spezifizierten Grenzen nicht überschritten werden.

Wirkleistung (Einheit Watt, Kurzzeichen P) Induktivitäten oder Kapazitäten der Quelle führen zu Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung; das gilt auch

ππ

2 = 1,11



ππ

3 = 1,15



Die Momentanleistung ist die Leistung zum Zeitpunkt (t) und errechnet sich aus dem Produkt des Stromes und der Spannung zum Zeitpunkt (t).

TiPP

(t)

· u

(t)

bei Sinus gilt:

= û sin (ωt + ϕ) · î sin ωt

(t)

Die effektive Leistung, die sogenannte Wirkleistung, ist der zeitliche arithmetische Mittelwert der Momentanleistung. Wird über eine Periodendauer integriert und durch die Periodendauer dividiert ergibt sich die Formel für die Wirkleistung.

––

∫î sin ωt · û sin (ωt + ϕ) dt

P =

î · û · cos ϕ

P = ––––––––––––––

P = U

Das Maximum des Leistungsfaktors cos sich bei einer Phasenverschiebung von

· I

· cos ϕ

eff

ϕ = 1 ergibt

ϕ = 0°. Die

wird nur in einem Wechselstromkreis ohne Blindwiderstand erreicht.

In einem Wechselstromkreis mit einem idealen Blindwiderstand beträgt die Phasenverschiebung

ϕ = 90°. Der Leistungsfaktor cos ϕ = 0. Der Wechsel-

TiPP

strom bewirkt dann keine Wirkleistung.

Blindleistung (Einheit var, Kurzzeichen Q)

Die Blindleistung errechnet sich aus der effektiven Spannung und dem Blindstrom. Im Zeigerdiagramm ist der Blindstrom die Stromkomponente senkrecht zur Spannung. (var = Volt Ampere réactif)

Änderungen vorbehalten

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STOP

Messgrundlagen

Wenn: Q = Blindleistung

= Spannung Effektivwert

eff

= Strom Effektivwert

eff

ϕ = Phasenverschiebung

zwischen U und I

ergibt sich für die Blindleistung

· I

Q=U

Blindströme belasten das Stromversorgungsnetz. Um die Blindleistung zu senken muss der Phasenwinkel ϕ verkleinert werden. Da Transformatoren, Motoren, etc. das Stromversorgungsnetz induktiv belasten werden zusätzliche kapazitive Widerstände (Kondensatoren) zugeschaltet. Diese kompensieren den induktiven Blindstrom.

TiPP

Beispiel für Leistung mit Blindanteil

Bei Gleichgrößen sind Augenblickswerte von Strom und Spannung zeitlich konstant. Folglich ist auch die Leistung konstant. Im Gegensatz dazu folgt der Augenblickswert von Misch- und Wechselgrößen zeitlichen Änderungen nach Betrag (Höhe) und Vorzeichen (Polarität). Ohne Phasenverschiebung liegt immer die gleiche Polarität von Strom und Spannung vor. Das Produkt von Strom x Spannung ist immer positiv und die Leistung wird an der Last vollständig in Energie umgewandelt. Ist im Wechselstromkreis ein Blindanteil vorhanden ergibt sich eine Phasenverschiebung von Strom und Spannung. Während der Augenblickswerte in denen das Produkt von Strom und Spannung negativ ist, nimmt die Last (induktiv oder kapazitiv) keine Leistung auf. Dennoch belastet diese sogenannte Blindleistung das Netz.

· sinϕ

eff

Leistungsfaktor

Der Leistungsfaktor PF (power factor) errechnet sich nach der Formel:

PF =

PF = Leistungsfaktor S = Scheinleistung P = Wirkleistung û = Spannung Spitzenwert î = Strom Spitzenwert

Nur für sinusförmige Ströme und Spannungen gilt: PF = cos ϕ

TiPP

Ist zum Beispiel der Strom rechteckförmig und die Spannung sinusförmig errechnet sich der Leistungsfaktor aus dem Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung. Auch hier lässt

Rechenbeispiel Leistungsfaktor

Der Effektivwert der Spannung beträgt:

––––

= —— = 229,8 V ≈ 230 V

eff

√2

Der Effektivwert des Stromes ergibt sich aus:

2π

eff

= ––

∫î2 · dϕ





2π

= ––





2π 33

= î

· –– = î · ––





π 4π

· [( π – –– ) + (2π –

–––





)]

Scheinleistung (Einheit Voltampere, Kurzzeichen VA) Werden die in einem Wechselstromkreis gemessenen Werte von Spannung und Strom multipliziert ergibt das stets die Scheinleistung. Die Scheinleistung ist die geometrische Summe von Wirkleistung und Blindleistung.

Wenn: S = Scheinleistung

P = Wirkleistung Q = Blindleistung

= Spannung Effektivwert

eff

= Strom Effektivwert

eff

ergibt sich für die Scheinleistung

= 12,25 A · –– = 10,00 A

eff

Die Scheinleistung S entspricht:

S = U

Die Wirkleistung errechnet sich aus:

P =

P = ––––

P = –––– · 325 V · 12,25 A = 1900 W

Der Leistungsfaktor PF berechnet sich aus:

PF = ––– = ––––––––––– = 0,826

Strom und Spannung sind in unserem Beispiel nicht phasenverschoben. Dennoch muss es eine Blindleistung geben, da die Scheinleistung größer als die Wirkleistung ist. Da der Strom eine andere Kurvenform als die Spannung besitzt, spricht man davon, dass der Strom gegenüber der Spannung „verzerrt“ ist. Deshalb heißt diese Art von Blindleistung auch „Verzerrungsblindleistung“.

· I

= 230 V · 10,0 A = 2300 VA

eff

1û · î

––

∫ û · î sin ϕ · dϕ = ––––

ππ

û · î 1,5

– (-1)) – (-0,5)

[(

ππ

1,5

P 1900 W S 2300 VA





]

– cos ϕ

[

–––– · û · î

]



S = P2 + Q



= U

eff

x J

Q = S2 – P2 = (2300 VA)2 – (1900 W)2 = 1296 var

 

eff

Änderungen vorbehalten

Page 12

Gerätekonzept

sich eine Blindleistung bestimmen. Aufgrund dessen, dass der Strom eine andere Kurvenform besitzt als die Spannung, nennt man diese Blindleistung auch Verzerrungsblindleistung.

Einführung in die Bedienung des HM8115-2

Achtung - Bedienungsanleitung beachten

Beachten Sie bitte besonders bei der ersten Inbetriebnahme des Gerätes folgende Punkte:

û = 325,00 V î = 12,25 A

Gerätekonzept des HM8115-2

Das Power-Meter HM8115-2 misst je einmal die Spannung mit einem Echteffektivwertwandler und den Strom mit einem Echteffektivwertwandler. Die Momentanleistung wird mit einem Analogmultiplizierer ermittelt. Die Spannung und der Strom zum Zeitpunkt (t) werden gemessen und multipliziert. Die Wirkleistung wird dann durch Integration der Momentanleistung über eine Periode T gebildet. Alle weiteren Werte werden berechnet.

Die Scheinleistung S ergibt sich durch die Multiplikation der gemessenen Effektivspannung mit dem Effektivstrom.

S = U

· I

eff

– Der Netzspannungsumschalter

Netzspannung eingestellt und die richtigen Sicherungen befinden sich im Sicherungshalter des Kaltgeräteeinbausteckers

– Vorschriftsmäßiger Anschluss an Schutzkontaktsteckdose

oder Schutz-Trenntransformatoren der Schutzklasse 2 – Keine sichtbaren Beschädigungen am Gerät – Keine Beschädigungen an der Anschlussleitung – Keine losen Teile im Gerät

Selbsttest

Einschalten des HM8115-2 mit dem Netzschalter Power LED-Anzeige für FUNCTION  zeigt die Versionsnummer der Firmware (z.B. „2.01“).

LED-Anzeige für FUNCTION Übertragungsrate der seriellen Schnittstelle (z.B. „9600“)

Das Gerät schaltet in den Modus Wirkleistung messen. Die bei FUNCTION AUTO-Funktion wird eingeschaltet und für die Spannungs- und Strom-anzeige der beste Messbereich automatisch eingestellt.

mit „WATT“ beschriftete LED leuchtet. Die

ist auf die verfügbare

zeigt die eingestellte





Die Blindleistung berechnet sich aus der Quadratwurzel von Scheinleistung minus Wirkleistung.



P S



Q = S2 – P

Der Leistungsfaktor PF wird aus dem Quotienten von Wirkleistung und Scheinleistung berechnet. Dies hat den Vorteil, dass der „richtige“ Leistungsfaktor angezeigt wird. Würde über eine Phasenwinkelmessung der cosϕ bestimmt, ist der angezeigte Wert des Leistungsfaktors bei verzerrten Signalen falsch. Dies ist der Fall bei Schaltnetzteilen, Phasenanschnittsteuerungen, Gleichrichterschaltungen, etc.

PF =

––––

Die Momentanleistung kann am Monitorausgang mit einem Oszilloskop betrachtet werden. Das Gerät selbst ist mit der seriellen Schnittstelle steuerbar. Die gemessenen und errechneten Werte lassen über die Schnittstelle auslesen und in der dazugehörigen Software bearbeiten. Messkreis, Monitor und Schnittstelle sind galvanisch getrennt.

Bedienelemente und Anzeigen

POWER



Netzschalter mit Symbolen für Ein (I) und Aus (O). Mit dem Einschalten des Gerätes zeigt die LED-Anzeige für FUNCTION „2.01“), danach die Übertragungsrate der seriellen Schnittstelle (z.B. „9600“). Anschließend schaltet das Gerät in den Modus Wirkleistung. Die bei FUNCTION schriftete LED leuchtet. Die AUTO- Funktion wird eingeschaltet und für die Spannungs- und Stromanzeige der beste Messbereich automatisch eingestellt.

VOLT Display



Die Spannungsanzeige zeigt die Spannung am Ausgang des Messkreises. Die Spannung ist, bedingt durch den Spannungsabfall am Shunt, geringfügig kleiner als die Eingangsspannung. Ist die Spannung für den Messbereich zu hoch (Overrange), zeigt die Anzeige drei blinkende horizontale Striche „ – – – „. Um eine Spannungsanzeige zu erhalten, muss mit der rechten VOLT-Taste AUTO-Funktion gewählt werden.

kurz die Versionsnummer der Firmware (z.B.



mit „WATT“ be-

ein größerer Spannungsbereich oder die



Änderungen vorbehalten

Page 13

Bedienelemente und Anzeigen

1 2

AMPERE Display



Die Stromanzeige zeigt den Strom an, der im Messkreis fließt. Ist der Strom für den Messbereich zu hoch (Overrange), zeigt die Anzeige vier blinkende horizontale Striche „ - - - - „ . Um eine Stromanzeige zu erhalten, muss mit der rechten AMPERE-Taste Funktion gewählt werden.

FUNCTION Display



Das FUNCTION Display zeigt den Messwert der aktuellen Funktion an. Wählbar sind: Wirkleistung in Watt

Die Funktionswahl wird mit den FUNCTION Tasten nommen. Die Einstellung wird mit der zugehörigen LED angezeigt.

Im Falle fehlerhafter Messungen im falschen Messbereich bei VOLT oder AMPERE zeigt die Funktionsanzeige drei/vier horizontale Striche „ - - - - „ , unabhängig von der eingestellten Funktion.

ein größerer Strombereich oder die AUTO-



Blindleistung in var Scheinleistung in VA Leistungsfaktor PF (power factor)

3 4

vorge-



Die neue Einstellung wird permanent gespeichert bis wieder eine Änderung erfolgt.

VOLT



Drucktasten und Messbereichs LED für die manuelle oder automatische Wahl des Spannungsbereiches. Nach dem Einschalten des HM8115-2 leuchtet sofort die AUTO-LED. Das Gerät wählt automatisch entsprechend der am Messkreis anliegenden Spannung den geeigneten Spannungsbereich. Dieser wird zusätzlich zur AUTO-LED mit einer weiteren LED angezeigt. Ändert sich die Spannung am Messkreis und ein anderer Messbereich ist geeigneter, schaltet die Messbereich-Automatik selbständig um. Mit dem Betätigen einer der Tasten zum Umschalten des Messbereichs wird die Messbereich-Automatik abgeschaltet und die AUTO-LED erlischt. Danach kann der Messbereich manuell mit einer der VOLT-Tasten gewählt werden. Die Messbereich-Automatik kann mit Betätigen der rechten VOLT-Taste wieder eingeschaltet werden. Die AUTO-LED leuchtet wieder. Die VOLT- Anzeige nung an. Wird manuell ein zu niedriger Messbereich gewählt, signalisiert das HM8115-2 durch Blinken von 3 waagrechten Strichen „- - -„ und einem Warnsignal „Overrange“.

12 14

zeigt die am Messkreis anliegende Span-



Bei PF-Messung zeigt das Display 4 horizontale Striche „ - - - - „ wenn kein Phasenwinkel bestimmbar ist. Das kann folgende Ursachen haben:

1. Es fließt kein Strom

2. Im Messkreis fließt nur Gleichstrom.

3. Wechselspannung und/oder Wechselstrom im Messkreis sind zu klein.

4. Manuell gewählte Messbereiche für VOLT und/oder AMPERE sind zu klein oder zu groß.

Warnsignal bei Messbereichsüberschreitung

Messbereichsüberschreitungen werden vom POWER METER durch Blinken der jeweiligen Anzeige und einem akustischen Warnsignal angezeigt.

Warnsignal EIN/AUS

HM8115-2 mit POWER HM8115-2 einschalten und die rechte Taste der FUNCTION Tasten Die rechte FUNCTION Taste  erst loslassen, wenn die FUNCTION LED „WATT“ leuchtet.

drücken



ausschalten



AMPERE



Drucktasten und Messbereichs LED für die manuelle oder automatische Wahl des Strombereiches. Nach dem Einschalten des HM8115-2 leuchtet sofort die AUTO-LED. Das Gerät wählt automatisch entsprechend des im Messkreis fließenden Stromes den geeigneten Strombereich. Dieser wird zusätzlich zur AUTO-LED mit einer weiteren LED angezeigt. Ändert sich der Strom im Messkreis und ein anderer Messbereich ist geeigneter, schaltet die Messbereich-Automatik selbständig um. Mit dem Betätigen einer der Tasten zum Umschalten des Messbereichs wird die Messbereich-Automatik abgeschaltet. Die AUTO-LED erlischt. Danach kann der Messbereich mit einer der AMPERE- Tasten gewählt werden. Die Messbereich-Automatik kann mit Betätigen der rechten AMPERE- Taste wieder eingeschaltet werden. Die AUTO-LED leuchtet wieder.

Die AMPERE- Anzeige Strom an. Wird manuell ein zu niedriger Messbereich gewählt, signalisiert das HM8115-2 durch Blinken von 4 waagrechten Strichen „- - - -„ und einem Warnsignal „Overrange“.

zeigt den im Messkreis fließenden



Änderungen vorbehalten

Page 14

STOP

Bedienelemente und Anzeigen

FUNCTION



Drucktasten und Anzeige LED für die Auswahl der Messfunktion. Wählbar sind: Wirkleistung in Watt Blindleistung in V

Scheinleistung in VA Leistungsfaktor PF (power factor)

WATT (Wirkleistung)

Nach dem Einschalten des HM8115-2 befindet sich das Gerät immer im Modus Wirkleistungsmessung. Die WATT-LED leuchtet und das FUNCTION Display Wirkleistung an. Mit Betätigen der FUNCTION-Tasten

zeigt die



werden die



anderen Messfunktionen ausgewählt.

Var (Blindleistung)

Mit dieser Messfunktion wird die Blindleistung gemessen. Es leuchtet die Var-LED und das FUNCTION Display

zeigt die



Blindleistung an. Die Blindleistung wird sowohl bei kapazitiven Lasten und als bei induktiven Lasten als positiver Wert (ohne Vorzeichen) angezeigt.

Strom und die Spannung haben sinusförmigen Verlauf. Nur dann entspricht der Leistungsfaktor PF dem cosϕ des Winkels der Phasenverschiebung zwischen der Spannung an der Last und dem, durch die Last fließenden, Strom.

TiPP

Geräteanschlüsse

MONITOR (BNC-Buchse)



Der Monitorausgang ermöglicht die Anzeige der Augenblickswerte der Leistung (Momentanleistung) mit einem Oszilloskop.

Die Momentanleistung ist die Leistung zum Zeitpunkt (t) und errechnet sich aus dem Produkt des Stromes und der Spannung zum Zeitpunkt (t).

TiPP

= i

· u

(t)

Die Blindleistungsanzeige zeigt auch dann korrekte Werte an, wenn Strom und Spannung nicht sinusförmig sind. Da die Scheinleistung (U

eff

Wirkleistung (arithmetischer Mittelwert von u unabhängig von der Kurvenform sind, kann die Blindleistung aus diesen Messwerten errechnet werden.

TiPP

PF (Leistungsfaktor)

Mit dieser Messfunktion wird der Leistungsfaktor PF (power factor) gemessen. Mit dem Aufruf dieser Funktion leuchtet die zugeordnete LED und die FUNCTION-Anzeige Verhältnis von Wirkleistung / Scheinleistung an. Mit dem Power Meter läßt sich der Mittelwert der augenblicklichen Leistung unabhängig von der Kurvenform messen. Voraussetzung hierfür ist, daß die bezüglich Crestfaktor und Frequenz spezifizierten Grenzen nicht überschritten werden. Der Leistungsfaktor PF ist unabhängig von der Kurvenform der gemessenen Größen, solange der Crestfaktor und die Frequenz die spezifizierten Grenzen des Power Meter nicht überschreiten.

PF =

––––

Die FUNCTION-Anzeige

zeigt nur bei Wechsel-



größen einen Wert für PF an. Beide Wechselgrößen (Strom und Spannung) müssen in ausreichender Höhe vorliegen (s. technische Daten). Bei nicht ausreichender Höhe und bei Gleichgrößen (Gleichstrom, Gleichspannung) werden 4 waagrechte Striche angezeigt.

Würde statt dem Leistungsfaktor PF die Phasenverschiebung ϕ von Strom und Spannung gemessen, lässt sich daraus auch der Leistungsfaktor cosϕ bestimmen. Dieser ist aber nur für echte sinusförmige Verläufe der Messgrößen direkt anwendbar. Sind die Spannung und/oder Strom im Versorgungsnetz verzerrt entspricht die Größe cosϕ nicht dem „wirklichen“ Leistungsfaktor. Bei verzerrten Messgrößen ist

TiPP

die Verzerrungsblindleistung zu berücksichtigen.

· I

eff

) und die

· i

(t)

zeigt das



bei Sinus gilt: p

= û sin (ωt + ϕ) · î sin ωt

(t)

Die effektive Leistung, die sogenannte Wirkleistung, ist der

)

(t)

zeitliche arithmetische Mittelwert der Momentanleistung. Wird über eine Periodendauer integriert und durch die Periodendauer dividiert ergibt sich die Formel für die Wirkleistung.

P =

––

∫î sin ωt · û sin (ωt + ϕ) dt

î · û · cos ϕ

P = ––––––––––––––

P = U

· I

· cos ϕ

eff

Positive Leistung wird als positives Strom-Spannungs-Produkt auf dem Oszilloskop angezeigt, negative Leistung als negatives Strom-Spannungs-Produkt. Unabhängig davon ob die Funktion WATT, Var, VA oder PF am Gerät ausgewählt wurde zeigt der Monitorausgang die Momentanleistung an. Werden Gleichspannung und Gleichstrom gemessen zeigt der Monitorausgang ein Gleichspannungssignal.

Der Schirmanschluss der BNC-Buchse ist galvanisch mit dem Chassis verbunden. Das Ausgangssignal an der Buchse ist durch einen Transformator galvanisch vom Messkreis und der RS-232 Schnittstelle getrennt.

Es erfolgt eine automatische Korrektur der temperaturabhängigen Drift. Die Häufigkeit der Korrektur hängt von der Temperatur ab. Während der Korrektur (ca. 100 ms) liegt kein Signal am Monitorausgang an und die Ausgangsspannung beträgt 0 Volt. Die automatische Korrektur erfolgt zu Beginn ca. alle 3 Sekunden innerhalb der ersten Minute. Danach erfolgt die Korrektur in einem Abstand von etwa 2 Minuten.

Änderungen vorbehalten

Page 15

STOP

Bedienelemente und Anzeigen

Die Ausgangsspannung an der MONITOR-Buchse beträgt im arithmetischen Mittel 1 V

am Bereich-

ende der WATT- Anzeige. Der Bereich der Leistungsanzeige wird nicht angezeigt, kann aber leicht errechnet werden. Er ist das Produkt des Spannungs-(VOLT) und des Strom- (AMPERE) Bereiches.

Leistungsbereich berechnen:

50 V x 0,16 A = 2408W  1 V (Mittelwert) 150 V x 16,0 A = 2400 W  1 V (Mittelwert) 500 V x 1,6 A = 800 W  1 V (Mittelwert)

Bei maximal sinusförmiger Spannung und Strom im Messbereich zeigt der Monitorausgang ein sinusförmiges Signal mit 2 V

. Bei reinem Wirkanteil ist die

Nulllinie bei 0 V und das Monitorsignal schwingt zwischen 0 V und 2 V. Im arithmetischen Mittel entsprechend 1 V

(avarage).

Bei maximaler Gleichspannung und Gleichstrom im Messbereich zeigt der Monitorausgang ein Gleichsignal mit 1 V.

TiPP

Beispiel 1:

Ein Draht-Widerstand mit 1,47 kΩ wird als Last an eine Spannung von 70 V

/ 50 Hz angeschlossen. Die Abbildung zeigt den

eff

Spannungsverlauf an der R-Last und das Signal am Monitorausgang.

Die Messung mit dem HM8115-2 erfolgt im 150 VOLT- und 0,16 AMPERE-Bereich. Das Produkt der beiden Bereiche beträgt 24 W. Entsprechend der Spezifikation beträgt die Spannung am MONITOR-Ausgang 1 V

, wenn dem Messkreis eine

Leistung von 24 Watt entnommen wird.

Die mittlere Leistung beträgt somit ca. 3,24 Watt. (Ablesegenauigkeit Oszilloskop!)

Das HM8115-2 zeigt folgende Messwerte:

= 70 V Q = 0,2 var

eff

= 0,048 A S = 3,32 VA

eff

P = 3,34 W PF = 1,00

Beispiel 2:

Ein Draht-Widerstand mit 311 Ω wird als Last an eine Spannung von 50 V

/ 50 Hz angeschlossen. Die Abbildung zeigt den

eff

Spannungsverlauf an der R-Last und das Signal am Monitorausgang.

Die Messung mit dem HM8115-2 erfolgt im 50 VOLT- und 0,16 AMPERE-Bereich erfolgen. Das Produkt der Bereiche beträgt 8 W. Entsprechend der Spezifikation beträgt die Spannung am MONITOR- Ausgang 1 V (Mittelwert), wenn dem Messkreis eine Leistung von 8 Watt entnommen wird.

R-Last: U = 50 V ; I = 161 mA ; R = 311

eff

Ω

eff

100 V

50 V

GND

Spannung an R-Last

2 V

1 V

GND

Da es sich um eine rein ohmschen Last handelt kommt es zu keiner Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung.

Das Oszilloskop zeigt die Leistungsaufnahme in Form einer unverzerrten sinusförmigen Wechselspannung an. Der negative Scheitelwert entspricht der Null-Volt-Position des Kathodenstrahles, während der positive Scheitelwert ca. 0,27 V beträgt. Die mittlere Spannung während einer Periode beträgt somit 0,135 V.

Mit den zuvor genannten Werten: 24 Watt Messbereich, 1V (Mittelwert) bei 24 Watt und einer tatsächlichen mittleren Spannung von 0,135 Volt am MONITOR-Ausgang ergibt sich die Gleichung

X = 24 · 0,135

Monitorsignal

Da es sich um eine rein ohmsche Last handelt kommt es zu keiner Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Das Oszilloskop zeigt die Leistungsaufnahme in Form einer unverzerrten sinusförmigen Wechselspannung an. Der negative Scheitelwert entspricht der Null-Volt-Position des Kathodenstrahles, während der positive Scheitelwert ca. 2 V beträgt. Die mittlere Spannung während einer Periode beträgt somit 1 V.

Mit den zuvor genannten Werten: 8 Watt Messbereich, 1V (Mittelwert) bei 8 Watt und einer tatsächlichen mittleren Spannung von 1 Volt am MONITOR- Ausgang ergibt sich die Gleichung

X = 8 · 1

Die mittlere Leistung beträgt somit 8 Watt.

Das HM8115-2 zeigt folgende Messwerte:

= 50 V Q = 0,73 var

eff

= 0,161 A S = 8,038 VA

eff

P = 8,010 W PF = 1,00

Beispiel 3:

Ein Widerstand mit 92 Ohm und ein Kondensator mit 10,6 µF wird als Last an eine Spannung von 50 V

/ 50 Hz ange-

eff

schlossen.

+ X

Z = R



mit Xc = ———– = —–—

2πf · c ω · c

Der Scheinwiderstand Z der Reihenschaltung errechnet sich zu 314 Ohm, so dass die Größenverhältnisse der Messwerte

Änderungen vorbehalten

Page 16

STOP

Bedienelemente und Anzeigen

ähnlich Beispiel 2 sind. Die Abbildung zeigt den Spannungsverlauf an der RC-Last und das Signal am Monitorausgang.

Die Messung mit dem HM8115-2 erfolgt ebenfalls im 50 VOLTund 0,16 AMPERE- Bereich. Das Produkt der Bereiche beträgt 8 W. Entsprechend der Spezifikation beträgt die Spannung am MONITOR- Ausgang 1 V, wenn dem Messkreis eine Scheinleistung von 8 Watt entnommen wird.

RC-Last: U = R = 92 Ω ; C = 10,6 µF50 V ; I = 161 mA ;

eff

100 V

50 V

GND

Spannung an RC-Last

2 V

1 V

GND

Monitorsignal

INPUT /

OUTPUT (4mm Sicherheitsbuchse)

Der Messkreis des POWER METER ist nicht mit Erde (Schutzleiter, PE) verbunden! Die beiden linken Buchsen sind mit INPUT gekennzeichnet und werden mit der Stromversorgung für den Prüfling verbunden. Der Prüfling selbst wird an die beiden rechten Buchsen OUTPUT angeschlossen.

Beim Anlegen von berührungsgefährlichen Spannungen an die Eingangsbuchsen INPUT

müssen alle diesbezüglichen Sicherheitsvorschriften beachtet werden! Gleichspannung ist erdfrei zu machen! Wechselspannung ist mit einem Schutztrenntrafo erdfrei zu machen!

Das HM8115-2 zeigt folgende Messwerte:

Ueff = 50 V Q = 7,67 var Ieff = 0,161 A S = 8,042 VA P = 2,416 W PF = 0,30

Obwohl die Frequenz, der am Messkreiseingang anliegenden Spannung, 50 Hz beträgt, zeigt das Oszilloskop die Leistung mit einer Frequenz von 100 Hz an. Bezogen auf eine 50 Hz Periode, gibt es zwei Augenblickswerte in denen die maximale Leistung entnommen wird. Das ist zum Zeitpunkt des positiven und des negativen Scheitelwertes der Fall. Zu zwei Augenblickswerten fließt kein Strom und es liegt keine Spannung an (Nulldurchgang). Dann kann keine Leistung entnommen werden und die Spannung am MONITOR-Ausgang beträgt 0 Volt.

TiPP

Beispiel 4:Beispiel 4:

Beispiel 4:

Beispiel 4:Beispiel 4: Ein Widerstand mit 311 Ω wird als Last an eine Gleichspannung von 50 V angeschlossen.

R-Last: U = 50 V; I = 161 mA; R = 311Ω

100 V

50 V

STOP

Achtung! Spannungen, die einen der folgenden Werte überschreiten, werden als berührungsgefährlich angesehen:

1. 30,0 V Effektivwert

2. 42,4 V Spitzenwert

3. 60,0 V Gleichspannung Das Anlegen höherer Spannungen darf nur durch Fachkräfte erfolgen, die mit den damit verbundenen Gefahren vertraut sind! Die diesbezüglichen Sicherheitsvorschriften sind unbedingt zu beachten!

Vor dem Abziehen der Sicherheitsstecker am INPUT

ist sicherzustellen dass diese spannungsfrei sind. Ansonsten besteht Unfallgefahr, im schlimmsten Fall Lebensgefahr!

Werden Geräte der Schutzklasse I an OUTPUT angeschlossen und ohne Trenntrafo versorgt, ist der Schutzleiter PE am Prüfling separat anzuschließen. Wird dies nicht beachtet, besteht Lebensgefahr!

Die Sicherheitsstecker können durch hohe Ströme heiß werden!

Änderungen vorbehalten

GND

Spannung an R-Last

2 V

1 V

GND

Monitorsignal

Die beiden oberen Buchsen (rot) sind galvanisch miteinander verbunden (0 Ohm). Zwischen den beiden oberen Buchsen darf deshalb keine Spannung angelegt werden (Kurzschlussgefahr)!

Der Messwiderstand befindet sich im Gerät zwischen den unteren Buchsen (blau, schwarz). Auch zwischen diesen Buchsen darf keine Spannung angelegt werden (Kurzschlussgefahr)!

Der Messwiderstand wird durch eine von außen zugängliche Sicherung geschützt, die sich im Sicherungshalter

befin-

Page 17

Bedienelemente und Anzeigen

det. Ein Reparieren der defekten Sicherung oder das Verwenden anderer Hilfsmittel zum Überbrücken der Sicherung ist gefährlich und unzulässig!

Dieser Messkreis ist für einen maximal zulässigen Messstrom von 16 Ampere ausgelegt (Sicherungsspezifikation: 16 A Superflink FF). Das Auswechseln dieser Sicherung darf nur erfolgen, wenn an den Messkreisanschlüssen keine Spannung anliegt!

Die zwischen den beiden INPUT-Buchsen maximal zulässige Spannung beträgt 500 Volt. Bezogen auf das Bezugspotential des Gerätes (Masseanschluss = Schutzleiteranschluss PE), darf an keiner der beiden INPUT-Buchsen der Spitzenwert der Spannung größer als 500 V sein.

Achtung! Spannungen, die einen der folgenden Werte überschreiten, werden als berührungsgefährlich angesehen:

1. 30,0 V Effektivwert

2. 42,4 V Spitzenwert

3. 60,0 V Gleichspannung

Das Anlegen höherer Spannungen darf nur durch Fachkräfte erfolgen, die mit den damit verbundenen Gefahren vertraut sind! Die diesbezüglichen Sicherheitsvorschriften sind unbedingt zu beachten!

Sicherung für Messkreis Mit der im Sicherungshalter befindlichen Sicherung (ZeitStrom Charakteristik: Superflink FF) wird der Messwiderstand geschützt. Dieser Messkreis ist für einen maximal zulässigen Messstrom von 16 Ampere ausgelegt (Sicherungsspezifikation: Superflink (FF)).

Sicherungshalter gedrückt. Die Verschlusskappe mit der Sicherung lässt sich dann einfach entnehmen. Tauschen Sie die defekte Sicherung gegen eine neue Sicherung, vorgeschriebenen Auslösestromes und Typs, aus. Ein Reparieren der defekten Sicherung oder das Verwenden anderer Hilfsmittel zum Überbrücken der Sicherung ist gefährlich und unzulässig. Dadurch entstandene Schäden am Gerät fallen nicht unter die Garantieleistungen.

15 16 17

HAMEG INSTRUMENTS

Programmable Power Meter

HM8115-2

Made in Germany

Serielle Schnittstelle

RS-232

Serial port

Auf der Rückseite des POWER METER befindet sich eine RS232 Schnittstelle, die als 9polige D-Sub Buchse ausgeführt ist. Über diese bidirektionale Schnittstelle kann das POWER METER Daten (Befehle) von einem externen Gerät (PC) empfangen und Daten (Messwerte und Parameter) senden.

Netzspannungsumschalter Das Gerät arbeitet mit einer Netzwechselspannung von 115V oder 230V 50/60Hz. Die vorhandene Netzversorgungsspannung wird mit dem Netzspannungsumschalter gestellt. Mit der Netzspannungsumschaltung ist ein Wechsel der Netzeingangssicherungen notwendig. Die Nennströme der benötigten Sicherungen sind an der Gehäuserückwand abzulesen.

Kaltgeräteeinbaustecker mit Sicherungshalter Kaltgeräteeinbaustecker

zur Aufnahme des Netzkabels mit Kaltgerätekupplung nach DIN 49457 und der Netzeingangssicherung des HM8115-2.

CAT II

Voltage

Selector

230V

INTERNAL INSTRUMENT SUPPLY

115 - 230 VAC / 50 - 60 Hz

Power Fuse: IEC 127 – III, 5 x 20 mm

Träge, temporisé, time lag, lento 230 V: T100 mA / 115 V: T200 mA

Watts (max.): 15 at 230 V / 50 Hz

ein-

Sicherungstype: Größe 6,3 x 32 mm;

;

250V

US-Norm: UL198G; CSA22-2 Nr.590

Das Auswechseln dieser Sicherung darf nur erfolgen, wenn an den Messkreisanschlüssen keine Spannung anliegt! Ein Reparieren der defekten Sicherung oder das Verwenden anderer Hilfsmittel zum Überbrücken der Sicherung ist gefährlich und unzulässig!

Sicherungswechsel der Messkreissicherung

Die Messkreissicherung

ist von außen zugänglich. Das Auswechseln der Sicherung darf nur erfolgen wenn an den Messkreisanschlüssen keine Spannung anliegt! Dazu werden alle Verbindungen zu INPUT

und OUTPUT getrennt. Das HM8115-2 ist vom Netz zu trennen. Mit einem Schraubendreher mit entsprechend passender Klinge wird die Verschlusskappe des Sicherungshalters vorsichtig gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Damit sich die Verschlusskappe drehen lässt, wird diese zuvor mit dem Schraubendreher in den

Änderungen vorbehalten

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Befehlsliste

Befehlsliste der Gerätesoftware

Die Befehle müssen als Buchstaben- bzw. Ziffern-Zeichenkette im ASCII-Format gesendet werden. Buchstaben können in Großund Kleinschreibung gesendet werden. Abgeschlossen wird jeder Befehl mit dem Zeichen 0Dh (= Enter-Taste).

Befehl Antwort Beschreibung

PC > HM8115-2 HM8115-2 > PC

GerätestatusGerätestatus

Gerätestatus

GerätestatusGerätestatus *IDN? HAMEG HM8115-2 Abfrage der Identifikation VERSION? version x.xx Abfrage der Softwareversion. Antwort z.B.: version 1.01 STATUS? Funktion; Abfrage der aktuellen Geräteeinstellungen:

Messbereich Funktion: WATT, VAR, VA, PF

Voltbereich: U1 = 50 V, U2 = 150 V, U3 = 500 V Amperebereich: I1 = 0,16 A, I2 = 1,6 A, I3 = 16A

Allgemeine BefehleAllgemeine Befehle

Allgemeine Befehle

Allgemeine BefehleAllgemeine Befehle VAL? Messbereiche und Abfrage der aktuellen Geräteeinstellungen und Messwerte.

Messwerte Beispiel für VAR aktiv:

U3= 225.6E+0 (225,6 V gemessen im 500 V-Bereich) I2= 0.243E+0 (0,243 A gemessen im 1,6 A-Bereich) VAR= 23,3E+0 (Blindleistung von 23,3 W) Messbereichsüberschreitungen sind mit „OF“ (Overflow) gekennzeichnet. Falls das Kommando innerhalb eines Messzyklus gesendet wird, kommt die Antwort erst am Ende des Messzyklus.

VAS? Messbereiche; Einzelabfrage der Parameter und des Messwertes FUNCTION.

Funktion mit Beispiel für PF aktiv: U3, I2, PF= 0.87E+0. Messwert.

BusbefehleBusbefehle

Busbefehle

BusbefehleBusbefehle FAV0 keine Sperren aller Bedienelemente VOLT, AMPERE und FUNCTION. FAV1 keine Freigabe aller Bedienelemente VOLT, AMPERE und FUNCTION.

GeräteeinstellungGeräteeinstellung

Geräteeinstellung

GeräteeinstellungGeräteeinstellung BEEP keine Erzeugt einmal ein akustisches Signal. BEEP0 keine Akustisches Signal abgeschaltet BEEP1 keine Akustisches Signal möglich

BetriebsartenBetriebsarten

Betriebsarten

BetriebsartenBetriebsarten WATT keine Wirkleistung VAR keine Blindleistung VAMP keine Scheinleistung PFAC keine Leistungsfaktor PF AUTO:U keine AUTORANGE- Funktion für Spannungsmessung (VOLT) ein. AUTO: I keine AUTORANGE- Funktion für Strommessung (AMPERE) ein. MA1 Wert / Funktion Ständige Übertragung der Parameter und Messwerte zum PC.

Beispiel für PF aktiv: U3, I2, cos=0.87E+0. Bereichsüberschreitungen sind mit „OF“ (Overflow) gekennzeichnet. Jedes Messergebnis wird an den PC gesendet, bis die Funktion mit dem Befehl „MA0“ beendet wird.

MA0 keine Beendet den kontinuierlichen Messwerttransfer, der mit „MA1“

gestartet wird.

SET:Ux keine Wählt einen Spannungsmessbereich x (VOLT) und schaltet

die AUTORANGE- Funktion für Spannungsmessung (VOLT) ab: SET:U1 50 V Bereich SET:U2 150 V-Bereich SET:U3 500 V-Bereich SET:Ix keine Wählt einen Strommessbereich x (AMPERE) und schaltet die

AUTORANGE- Funktion für Strommessung (AMPERE) ab: SET:I1 0,16 A-Bereich SET:I2 1,6 A-Bereich SET:I3 16 A-Bereich

Änderungen vorbehalten

Page 19

Serielle Schnittstelle

STOP

Der HM8115-2 ist für den Einsatz in automatischen Testsystemen bestens vorbereitet. Standardmäßig ist der HM81152 mit einer RS-232 Schnittstelle bestückt. Die verwendete RS232 Schnittstelle ist vom Messkreis durch einen Optokoppler galvanisch getrennt.

Schnittstellenparameter

N, 8, 1, Xon-Xoff (kein Paritätsbit, 8 Datenbits, 1 Stoppbit, Xon-Xoff)

Die Datenübertragung kann mit einem Terminalprogramm wie z.B. HyperTerminal durchgeführt werden. Nachdem die Einstellungen im Terminalprogramm vorgenommen wurden, muss vor dem Senden des ersten Befehls an das POWER METER einmal die ENTER-Taste auf der PC-Tastatur betätigt werden.

Baudrate Die Datenübertragung kann mit 1200 Baud oder 9600 Baud erfolgen.

Serielle Schnittstelle

Durch die 1:1 Verbindung des Schnittstellenkabels wird der Datenausgang des einen Gerätes mit dem Dateneingang des anderen Gerätes verbunden. Bei PC‘s mit 25poligem COM-Port wird empfohlen, einen handelsüblichen Adapter von 9polig D-Sub auf 25polig D-Sub zu verwenden. Von den Leitungen des Verbindungskabels werden nur 3 benutzt.

TiPP

Anschlussbelegung RS-232 am POWER METER und am COMPort (9polig) des PC:

POWER METERPOWER METER

POWER METER

POWER METERPOWER METER

Pin Name / Funktion Pin Name / Funktion

2 Tx Data / Datenausgang 2 Rx Data / Dateneingang 3 Rx Data / Dateneingang 3 Tx Data / Datenausgang 5 Bezugspotential für Pin 2 u. 3 5 Bezugspotential für Pin 2 u. 3

PC COM Port (9polig)PC COM Port (9polig)

PC COM Port (9polig)

PC COM Port (9polig)PC COM Port (9polig)

Änderungen der Schnittstellenparameter

Es kann nur die Übertragungsrate zwischen 1200 und 9600 Baud umgeschaltet werden. Dies geschieht folgendermaßen: – HM8115-2 mit POWER – HM8115-2 einschalten und die linke FUNCTION Taste

ausschalten





drücken

– Die linke FUNCTION Taste

erst loslassen, wenn die



FUNCTION LED „WATT“ leuchtet.

Die neue Einstellung wird permanent gespeichert bis wieder eine Änderung erfolgt.

Serielle Schnittstelle

HAMEG INSTRUMENTS

Programmable Power Meter

HM8115-2

Made in Germany

RS-232

Serial port

CAT II

Voltage

Selector

230V

INTERNAL INSTRUMENT SUPPLY

115 - 230 VAC / 50 - 60 Hz

Power Fuse: IEC 127 – III, 5 x 20 mm

Träge, temporisé, time lag, lento 230 V: T100 mA / 115 V: T200 mA

Watts (max.): 15 at 230 V / 50 Hz

Die Verbindung vom PC (COM Port) zum POWER METER (RS-

232) kann mit einem handelsüblichen Verbindungskabel (1:1) mit 9poligem D-Sub Stecker und 9poliger D-Sub Kupplung hergestellt werden. Die Länge darf 3 Meter nicht überschreiten und die Leitungen müssen abgeschirmt sein.

Änderungen vorbehalten

Page 20

Stichwortverzeichnis

PF 11, 13, 14, 15, 16, 20 PFAC 20 Phasenverschiebung 11, 12, 13, 16, 17 Phasenwinkel 13, 14, 15

AMPERE 10, 15, 20 Analogmultiplizierer 14 Arithmetischer Mittelwert 11, 12, 16 Augenblickswert 11, 13, 16, 18

Baudrate 21 Bedienelemente 10, 14, 20 Befehle senden 20 Befehlsliste 20 Betriebsart 20 Blindleistung 7, 11, 12, 14, 15, 16, 20 Blindstrom 12, 13

COM-Port 21 cos phi 11, 12, 14, 16 Crestfaktor 7, 12, 16

Echteffektivwertwandler 14 Effektivwert 7, 11, 12, 13, 18

Formfaktor 11, 12 Frequenz 12, 16, 18 FUNCTION 10, 14, 15, 16, 20 Fuse 10

galvanisch verbunden 16 galvanische Trennung 7, 14, 16, 18, 21 Gerätestatus 21 Gleichrichtwert 11

POWER 10, 14 power factor 11, 13, 15, 16

Quadratischer Mittelwert 11

RMS 11 Root Mean Square 11 RS-232 Schnittstelle 7, 10, 16, 19, 21

Scheinleistung 7, 11, 13, 14, 15, 16, 20

Scheitelwert 11, 17, 18 Schnittstellenparameter 21 Schutzleiter 8, 18 Schutzleiteranschluss 7, 19 Selbsttest 14 serielle Schnittstelle 7, 10, 16, 19, 21 Sicherheitsstecker 8, 18 Sicherung 7, 9, 10, 14, 19 Sicherung für Messkreis 19 Sicherungswechsel 9, 19 Spitzenwert 11, 12, 18 Strom-Spannungs Produkt 16, 17

var 7, 12, 15, 16, 20 Vav (average) 7, 17 Verzerrungsblindleistung 13, 14, 16 VOLT 10, 14, 15, 20 volt ampere réactif 12 Voltampere 13

induktiv 12, 13 16 INPUT 8, 10, 18, 19

kapazitiv 12, 13, 16 Korrektur temperaturabhängige Drift 16 Kurzschlussgefahr 18

Leistung 7, 18 Leistung effektiv 12, 16 Leistung mittlere 17 Leistungsfaktor 7, 11, 12, 13, 14, 16, 20

Messbereich 7, 14, 20 Messbereich automatisch 14, 15 Messbereichsüberschreitung 15, 20 Messbereichswahl 7 Messkreis 10, 14, 15, 16, 18, 19, 21 Messwiderstand 18, 19 Mittelwert 11, 16, 17 Momentanleistung 12, 14, 16 Momentanwert 11 MONITOR 10, 16, 17 Monitorausgang 7, 10, 14, 16

Netzspannungsumschaltung 9, 19

ohmsche Last 17 OUTPUT 8, 10, 18, 19 Overange 14, 15

Warnsignal 15 Watt 12, 15, 16 WATT 12, 14, 15, 16, 17, 20 Wirkleistung 7, 11, 12, 13, 14, 15, 20

XON / XOFF- Protokoll 7, 21

Änderungen vorbehalten

Page 21

Änderungen vorbehalten

Page 22

KONFORMITÄTSERKLÄRUNG

DECLARATION OF CONFORMITY

DECLARATION DE CONFORMITE

Hersteller HAMEG GmbH Manufacturer Indusstriestraße 6 Fabricant D - 63533 Mainhausen

Die HAMEG GmbH / bescheinigt die Konformität für das Produkt The HAMEG GmbH / herewith declares conformity of the product HAMEG GmbH / déclare la conformite du produit

Bezeichnung / Product name / Designation:

Powermeter/Powermeter/

Powermeter

Typ / Type / Type: HM8115-2

mit / with / avec: Optionen / Options / Options:

mit den folgenden Bestimmungen / with applicable regulations / avec les directives suivantes

EMV Richtlinie 89/336/EWG ergänzt durch 91/263/EWG, 92/31/EWG EMC Directive 89/336/EEC amended by 91/263/EWG, 92/31/EEC Directive EMC 89/336/CEE amendée par 91/263/EWG, 92/31/CEE

Niederspannungsrichtlinie 73/23/EWG ergänzt durch 93/68/EWG Low-Voltage Equipment Directive 73/23/EEC amended by 93/68/EEC Directive des equipements basse tension 73/23/CEE amendée par 93/68/CEE

Angewendete harmonisierte Normen / Harmonized standards applied / Normes harmonisées utilisées

Instruments

Sicherheit / Safety / Sécurité

Elektromagnetische Verträglichkeit / Electromagnetic compatibility / Compatibilité électromagnétique

EN 61326-1/A1 Störaussendung / Radiation / Emission: Tabelle / table / tableau 4, Klasse / Class / Classe B. Störfestigkeit / Immunity / Imunitee: Tabelle / table / tableau A1.

EN 61000-3-2/A14 Oberschwingungsströme / Harmonic current emissions / Émissions de courant harmonique: Klasse / Class / Classe D.

EN 61000-3-3 Spannungsschwankungen u. Flicker / Voltage fluctuations and flicker / Fluctuations de tension et du flicker.

Datum/Date/Date

15.01.2001

Unterschrift / Signature /Signatur

G. Hübenett

Technical Manager

Directeur Technique

General information regarding the CE marking

HAMEG instruments fulfill the regulations of the EMC directive. The conformity

test made by HAMEG is based on the actual generic- and product standards. In

cases where different limit values are applicable, HAMEG applies the severer

standard. For emission the limits for residential, commercial and light industry

are applied. Regarding the immunity (susceptibility) the limits for industrial

environment have been used.

The measuring- and data lines of the instrument have much influence on

emmission and immunity and therefore on meeting the acceptance limits. For

different applications the lines and/or cables used may be different. For

measurement operation the following hints and conditions regarding emission

and immunity should be observed:

1. Data cables

For the connection between instruments resp. their interfaces and external

devices, (computer, printer etc.) sufficiently screened cables must be used.

Without a special instruction in the manual for a reduced cable length, the

maximum cable length of a dataline must be less than 3 meters and not be

used outside buildings. If an interface has several connectors only one

connector must have a connection to a cable.

Basically interconnections must have a double screening. For IEEE-bus

purposes the double screened cables HZ72S and HZ72L from HAMEG are

suitable.

Under the presence of strong high frequency electric or magnetic fields, even

with careful setup of the measuring equipment an influence of such signals is

unavoidable.

This will not cause damage or put the instrument out of operation. Small

deviations of the measuring value (reading) exceeding the instruments

specifications may result from such conditions in individual cases.

HAMEG GmbH

2. Signal cables

Basically test leads for signal interconnection between test point and

instrument should be as short as possible. Without instruction in the manual

for a shorter length, signal lines must be less than 3 meters and not be used

outside buildings.

Signal lines must screened (coaxial cable - RG58/U). A proper ground

connection is required. In combination with signal generators double screened

cables (RG223/U, RG214/U) must be used.

3. Influence on measuring instruments.

Subject to change without notice

Änderungen vorbehalten

Page 23

Contents

Deutsch 3

Declaration of Conformity 22

Power Meter HM 8115-2 24

Specifications 25

Important hints 26

Symbols 26 Unpacking 26 Positioning 26 Transport 26 Storage 26 Safety instructions 26 Operating conditions 27 Warranty and repair 27 Maintenance 27 Line voltage selector 27 Change of fuse 27

Designation of operating controls 28

Basics of power measurement 29

Arithmetic mean value 29 Rectified mean value 29 Root-mean-square value 29 Form factor 29 Crest factor 29 Power 29 Active, true power 30 Reactive power 30 Apparent power 31 Power factor 31 How to calculate the Power factor 31

Concept of the HM 8115-2 32

Introduction to the operation of the HM 8115-2 32

Self test 32

Operating controls and displays 32

Connectors 34

Listing of software commands 37

Serial interface 38

Glossary 39

Subject to change without notice

Page 24

HM8115-2

8 kW Power-Mwter HM8115-2

Adapter HZ815

Root-Mean-Square value

u (t)

eff

u(t)

Active power

Power measurements up to 8 kW

Simultaneous display of voltage, current , and power

Separate measurement of active, reactive, and apparent power

Display of power factor

Autoranging and easy operation

Frequency range DC up to 1 kHz

ωt

Data output and function control via RS-232

Subject to change without notice

inklusive

Page 25

8 kW Power-Meter HM8115-2

SPECIFICATIONS

Reference temperature: 23 °C ±2 °C

Specifications

TRUE RMS VOLTAGE MEASUREMENT (AC+DC)

Ranges: 50 V 150 V 500 V Resolution: 0,1 V 1 V 1 V Accuracy: ±(0,4% + 5 digits) from 20 Hz to 1 kHz

Input impedance: 1 MOhm II 100 pF Crest factor: max. 3,5 at full scale

Input protected up to: 500 V

TRUE RMS CURRENT MEASUREMENT (AC+DC)

Ranges: 160 mA 1,6 A 16 A Resolution: 1 mA, 1mA 10 mA Accuracy: ±(0,4% + 5 digits) from 20 Hz to1 kHz

Crest factor: max. 4 at full scale Input protected up to: Fuse 16 A extra fast (FF),

ACTIVE POWER MEASUREMENT

Ranges: 8 W 24 W 80 W 240 W Resolution: 1mW 10mW 10mW 100mW Ranges : 800 W 2400 W 8000 W Resolution: 100mW 1W 1W Accuracy: ±(0,5% + 10 digits) from 20 Hz to 1 kHz

Display: 4digit, 7-Segment LED

REACTIVE POWER MEASUREMENT

Ranges: 8 var 24 var 80 var Resolution: 1 mvar 10 mvar 10 mvar Ranges: 240/800 var 2400/ 8000 var Resolution: 100 mvar 1 var Accuracy: ±(2,5 % + 10 digits + 0,02 x P)

Display: 4-digit, 7-Segment LED

±(0,6% + 5 digits) at DC

6,3 x 32 mm

±(0,5% + 10 digits) at DC

from 20 Hz to 400 Hz; P = active power

INSTRUMENT FUNCTIONS AND DISPLAYS

Functions: Voltage, current power, power factor Range selection: automatic / manual

Overrange indications: visual and acoustic Voltage display: 3-digit, 7-segment LED

Current display: 4-digit, 7-segment LED

COMBINED DISPLAYS:

for active, reactive- and apparent power: 4-digit, 7-segment LED for power factor: 3-digit, 7-segment LED

MISCELLANEOUS

Mains supply: 115/230 V ± 10%, 50/60 Hz

Protective class I, EN 61010 (IEC 1010)

Power consumtion: approx. 15 W at 50 Hz Operating temperature: 0° to +40 degrees C

Relative humidity: < 80% Dimensions (W x H x D): 285 x 75 x 365 mm

Weight: approx. 4 kg

APPARENT POWER MEASUREMENT

Ranges: 8VA 24VA 80VA Resolution: 1 mVA 10 mVA 10 mVA Ranges: 240/800 VA 2400/ 8000 VA Resolution: 100 mVA 1 VA Accuracy: ±(0,8% + 5 Digits) from 20 Hz to 1 kHz

Display: 4-digit, 7-Segment LED

POWER FACTOR MEASUREMENT

Display: 0,00 to +1,00 Accuracy: ±(2% + 3 digits)

50-60 Hz: Sine wave, voltage and current signals of

at least 1/10 of full scale

MONITORING OUTPUT (analog)

Connection: BNC, galvanic isolation to measurement

circuit and interface

Reference potential: Protective earth Level: 1Vav at full scale (2400/8000 digits)

Accuracy: typ. 5 % Output impedance: approx. 10 kOhm

Bandwidth: DC to 1 kHz Protected up to: ± 30 V

SERIAL INTERFACE

Connection: D-Sub connector, galvanic isolation to

measurement circuit and monitoring output

Type: RS-232, 3-wire Protokol: Xon / Xoff

Data rates: 1200 / 9600 Baud Functions: Instrument control and output of

measurement results

Included in delivery:

Power Meter HM8115-2, power cord, manual, Software-CD

Accessories recommended:

HZ33, HZ34: cables BNC to BNC HZ42: 19" 2 units kit HZ815: AC socket adapter;

Subject to change without notice

Page 26

STOP

Symbols

STOP

Important hints

Transport

Important hints

Please keep the carton in case the instrument may require later shipment for repair. Improper packaging may void the warranty!

Storage

TiPP

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

Symbol 1: Attention, please consult manual Symbol 2: Danger! High voltage! Symbol 3: Ground connection Symbol 4: Important note Symbol 5: Hints for application Symbol 6: Stop! Possible instrument damage!

STOP

Unpacking

Please check for completeness of parts while unpacking. Also check for any mechanical damage or loose parts. In case of transport damage inform the supplier immediately and do not operate the instrument.

Check setting of line voltage selector whether it corresponds to the actual line voltage.

Positioning

Two positions are possible: According to picture 1 the front feet are used to lift the instrument so its front points slightly upward. (Appr. 10 degrees)

If the feet are not used the instrument can be combined with many other Hameg instruments.

In case several instruments are stacked the feet rest in the recesses of the instrument below so the instruments can not be inadvertently moved. Please do not stack more than 3 instruments. A higher stack will become unstable, also heat dissipation may be impaired.

Dry indoors storage is required. After exposure to extreme temperatures 2 h should be allowed before the instrument is turned on.

Safety instructions

The instrument conforms to VDE 0411/1 safety standards applicable to measuring instruments and left the factory in proper condition according to this standard. Hence it conforms also to the European standard EN 61010-1 resp. to the international standard IEC 61010-1. Please observe all warnings in this manual in order to preserve safety and guarantee operation without any danger to the operator. According to safety class 1 requirements all parts of the housing and the chassis are connected to the safety ground terminal of the power connector. For safety reasons the instrument must only be operated from 3 terminal power connectors or via isolation transformers. In case of doubt the power connector should be checked according to DIN VDE 0100/610.

Disconnecting the protective earth internally or externally is absolutely prohibited!

As soon as the voltages applied to the INPUT terminals

exceed levels accepted as safe to the touch all applicable safety rules are to be observed! DC voltages must be disconnected from earth. AC voltages shall be derived from a safety isolation transformer and must also be disconnected from earth.

Before the safety connectors on the INPUT terminals

are pulled off it must be assured that the voltage has been switched off, otherwise there may be danger of accident, even danger of life!

picture 1

picture 2

picture 3

Subject to change without notice

If instruments of protective class I are connected to the OUPUT terminals be connected separately to the test object. If this is not observed there is danger of life!

This instrument may only be opened by qualified personnel. Before opening all voltages have to be removed!

The safety connectors may become quite hot at high current levels!

STOP

– The line voltage selector must be properly set for the line

voltage used.

– Opening of the instrument is allowed only to qualified

personnel

– Prior to opening the instrument must be disconnected from

the line and all other inputs/outputs.

In any of the following cases the instrument must be taken out of service and locked away from unauthorized use:

the protective earth PE must

Page 27

STOP

Important hints

– Visible damages – Damage to the power cord – Damage to the fuse holder – Loose parts – No operation – After longterm storage in an inappropriate environment ,

e.g. open air or high humidity.

– Excessive transport stress

Operating conditions

The instruments are destined for use in dry clean rooms. Operation in an environment with high dust content, high humidity, danger of explosion or chemical vapors is prohibited.

Operating temperature is 0 .. +40 degrees C. Storage or transport limits are –10 .. +70 degrees C. In case of condensation two hours are to be allowed for drying prior to operation.

For safety reasons operation is only allowed from 3 terminal connectors with a safety ground connection or via isolation transformers of class 2. The instrument may be used in any position, however, sufficient ventilation must be assured as convection cooling is used. For continuous operation prefer a horizontal or slightly upward position using the feet.

Do not cover either the holes of the case nor the cooling fins.

Nominal specs are valid after a warm-up period of min. 20 min. in the interval of +15 to +30 degrees C. Values without a tolerance are typical of an average production instrument.

Warranty and Repair

HAMEG instruments are subject to a strict quality control. All instruments are burned in for 10 hrs prior to shipment. By intermittent operation almost all early failures are detected. After burn-in a thorough test of all functions and of quality is run, all specifications and operating modes are checked.

In case of reclamations during the two years warranty period please contact the dealer from whom you purchased your HAMEG instrument. Customers from the Federal Republic of Germany may directly contact HAMEG for warranty processing in order to speed up the procedure. The proceeding of repairs during the warranty period is subject to our terms of warranty which are available on our website

benzine (petrol ether). Displays and windows may only be cleaned with a moist cloth.

Do not use alcohol, solvents or paste. Under no circumstances any fluid should be allowed to get into the instrument. If other cleaning fluids are used

STOP

damage to the lacquered or plastic surfaces is possible.

Line voltage selector

The instrument is destined for opera-tion on 115 or 230 V mains, 50/60 Hz. The proper line voltage is selected with the selector. It is necessary to change the fuse observing the proper values printed on the back panel.

line voltage

Change of fuse

The mains fuse is accessible on the back panel. A change of the fuse is only allowed after the instrument was disconnected from the line and the power cord removed. Fuse holder and power cord must not show any sign of damage. Use a screw driver to loosen the fuse holder screw counterclockwise while pressing the top of the fuse holder down. The top holding the fuse will then come off. Exchange the defective fuse against a correct new one. Any „repair“ of a defective fuse or brid-ging is dangerous and hence prohibited. Any damages to the instru-ment incurred by such manipulations are not covered by the warranty.

Type of fuse:

5 x 20 mm; 250V~, C; IEC 127/III; DIN 41662 (DIN 41571/3).

Value 115 V: 200 mA slow blow 230 V: 100 mA slow blow

http://www.hameg.com

Even after expiry of the warranty period please do not hesitate to contact our HAMEG customer service for repairs and spare parts.

Return Material Authorization (RMA): Before sending back your instrument to HAMEG do apply for a RMA number either by fax or on the Internet: http:// www.hameg.de. If you do not have suitable packaging for the instrument on hand please contact the HAMAG sales department (Tel.: +49 (0) 6182/800 300, E-mail: vertrieb@hameg.de) to order an empty original cardboard box.

Maintenance

The instrument does not require any maintenance. Dirt may be removed by a soft moist cloth, if necessary adding a mild detergent. (Water and 1 %.) Grease may be removed with

Subject to change without notice

Page 28

Designition of operating controls

Designation of operating controls

1 2

3 4

Front

1 POWER – Mains switch 2 VOLT Display – Voltage display 3 AMPERE Display – Current display 4 FUNCTION – Display 5 MONITOR – Monitoring output 6 VOLT pushbuttons – Selection of voltage ranges 7 VOLT LED – Show range selected 8 AMPERE pushbuttons – Selection of current ranges 9 AMPERE LED – Show range selected

10 FUNCTION pushbuttons – Select function desired

11 FUNCTION LED – Show function selected 12 INPUT – Input for test object 13 FUSE – Fuse for measurement circuit 14 OUTPUT – Output to test object

Rear Panel

15 Connector (D-Sub, 9-pin) for serial interface 16 Mains voltage selector 17 Mains input connector combined with fuse holder

12 14

HAMEG INSTRUMENTS

Programmable Power Meter

HM8115-2

Made in Germany

Subject to change without notice

RS-232

Serial port

16 17

CAT II

Voltage

230V

Selector

INTERNAL INSTRUMENT SUPPLY

115 - 230 VAC / 50 - 60 Hz

Power Fuse: IEC 127 – III, 5 x 20 mm

Träge, temporisé, time lag, lento 230 V: T100 mA / 115 V: T200 mA

Watts (max.): 15 at 230 V / 50 Hz

Page 29

Basics of Power Measurement

STOP

Basics of Power Measurement

Root-Mean-Square Value (RMS)

The quadratic mean value of a signal is equal to the mean of the signal squared integrated for a full period

Abbreviations and symbols used:

W active, true power P VA apparent power S var reactiv power Q

u(t) voltage as a variable of time u²(t) voltage squared as a variable of time IÛI rectified voltage

rms value of voltage

rms

û peak value of voltage

rms value of current

rms

î peak value of current

ϕ phase angle between voltage and current cos ϕ power factor, valid only for sine waveform PF power factor in general for arbitrary waveforms

Arithmetic mean value (average)

= –– ∫x

(t)

The arithmetic mean value of a periodic signal is the average calculated for a full period T, it is identical to its DC content.

– If the average = 0 it is a pure AC signal – If all instantaneous values are equal to the average it is

pure DC

– Otherwise the average will constitute the DC content of

thesignal

|· dt

(t)

= ––

∫x

(t)

The rms value is derived by calculating the square root

rms

= ––



∫x

(t)



The purpose of the rms value was to create a value which allows the use of the same formulas as with DC for resistance, power etc. The rms value of an AC signal generates the same effect as a DC signal of the same numerical value.

Example:

If an AC rms signal of 230 V is applied to an incandescent lamp (purely resistive at 50/60 Hz) the lamp will be as bright as powered by 230 V DC.

For a sine wave u(t) = û sin ωt the rms value will be 1/√2 =

0.707 of the peak value:

1û

––

U =

rms

eff

(û sinωt)2 dt = –– = 0,707û





∫





u (t)

Rectified mean value

|x| = ––

The rectified mean is the average of the absolute values. The absolute values are derived by rectifying the signal. In general the rectified mean is calculated by integrating the absolute values for a period T.

IuI

In case of a sine wave u(t) = û sin amount to 2/π = 0.637 of the peak value according to:

IuI =

∫|x

||dt

(t)

ωt the rectified mean will

––

∫|û sin ωt| dt = –– û = 0,637û

u(t)

Form factor

The form factor multiplied by the rectified value equals the rms value. The form factor is derived by:

rms

F =

–––––

IuI rectified value

rms-value

= –––––––––––––––

For a sine wave the form factor is

F =

TiPP

–––– = 1,11

2√2

Crest factor

The crest factor is derived by dividing the peak value by the rms

value of a signal. It is very important for the correct measurement of pulse signals and a vital specification of a measuring instrument.

û peak value

C = ––––

For sinusoidal signals the crest factor is

TiPP

√√

√2 = 1,414

√√

= –––––––––––––––

rms

rms-value

Subject to change without notice

Page 30

STOP

Basics of Power Measurement

Please note that erroneous results will show if the crest factor of a signal is higher than that of the measuring instrument because it will be

overdriven.

Hence the accuracy of the rms value measurement will depend on the crest factor of the signal, the higher the crest factor the less the accuracy. Please note also that the crest factor specification relates to the full scale value, if the signal is below full scale its crest factor may be proportionally higher.

Form factors

Crest-Crest-

Crest-

Crest-Crestfactorfactor

factor

factorfactor CC

Form-Form-

Form-

Form-Formfactorfactor

factor

factorfactor FF

ππ



2 = 1,57

ππ

2 = 1,11



ππ

2 = 1,11



ππ



3 = 1,15



component of the current as shown in the vector diagram above.

Defining: P = active power

= rms value of voltage

rms

= rms value of current

rms

ϕ = phase angle

the active power is derived as follows:

· I

P = V

rms

· cosϕ

cosϕ is the socalled power factor (valid for sine waves only).

The instantaneous power is the power at time t equal to the product of voltage and current both at time t.

= i

· u

(t)

TiPP

(t)

For sine waves the instantaneous power is given by:

= û sin (ωt + ϕ) · î sin ωt

(t)

The active power or true power is equal to the arithmetic mean of the instantaneous power. The active power is derived by integrating for a period T and dividing by the period T as folllows:

P = ––

∫î sin ωt · û sin (ωt + ϕ) dt

î · û · cos ϕ

––––––––––––––

P =

P = V

rms

· I

rms

· cos ϕ

Power

With DC power is simply derived by multiplying voltage and current. With AC the waveform and the phase angle resp. time relationship between voltage and current have also to be taken into account. For sine waves the calculation is fairly simple, as the sine is the only waveform without harmonics. For all other waveforms the calculation will be more complex. As long as the instrument specifications for frequency and crest factor are observed the power meter will accurately measure the average of the instantaneous power.

Active, true Power (unit W, designation P)

As soon as either the source or the load or both contain inductive or capacitive components there will be a phase angle or time difference between voltage and current. The active power is calculated from the rms voltage and the real

ωt

I cos ϕ

The power factor will be maximum cos ϕ = 1 at zero phase shift. This is only the case with a purely resistive circuit. In an ac circuit which contains only reactances the phase shift will be cos

TiPP

ϕ = 0. The active power will be also zero.

ϕ = 90° and the power factor hence

Reactive Power (unit VAr, designation Q)

Reactive power equals rms voltage times reactive current.

With the designations:

Q = reactive Power

= rms voltage

rms

= rms current

rms

ϕ = phase angle between

voltage and current

a vector diagramm can be drawn as follows:

The reactive power is derived by:

· I

Q = V

rms

Reactive currents constitute a load on the public mains. In order to reduce the reactive power the phase angle ϕ must be made smaller. For most of the reactive power transformers, motors etc. are responsible, therefore capacitors in parallel to these loads must be added to compensate for their inductive

TiPP

currents.

rms

· sinϕ

Subject to change without notice

Page 31

STOP

Basics of Power Measurement

Example of power including reactive power

With DC the instantanesous values of voltage and current are constant with respect to time, hence the power is constant.

In contrast to this the instantaneous value of power of AC or AC + DC signals will fluctuate, its amplitude and polarity will periodically change. If the phase angle is zero this is the special case of pure active power which remains positive (exclusively directed from source to load) at all times.

If there is a reactive component in the circuit there will be a phase difference between voltage and current. The inductive or capacitive element will store and release energy periodically which creates an additional current component, the reactive part. The product of voltage and current will therefore become negative for portions of a period which means that energy will flow back to the source.

If e.g. the current is rectangular while the voltage is sinusoidal the power factor will be P/S. Also in such case the reactive power can be determined as demonstrated in the following example:

û = 325,00 V î = 12,25 A

How to calculate the power factor (example):

rms voltage is:

rms

= —— = 229,8 V ≈ 230 V

√2

Apparent power (unit VA)

The apparent power is equal to the product of voltage and current. The apparent power is further equal to the geometric sum of active and reactive power as shown in this diagram:

With the designations:

S = apparent power P = active power Q = reactive power

= rms voltage

rms

= rms current

rms

the apparent power is derived:



S = P2 + Q



= V

rms

x J

rms

Power factor

In general the power factor PF is derived:

––––

PF =

PF = power factor S = apparent power P = active power

The rms current is given by:

2π

rms

The apparent power S:

S = V

The active power is derived from:

P =

P = ––––

P = –––– · 325 V · 12,25 A = 1900 W

The power factor thus becomes:

PF = ––– = ––––––––––– = 0,826

Obviously there is a reactive power component as the apparent power exceeds the active power:

= –– ∫î2 · dϕ





2π

= –– · [( π – –– ) + (2π –





2π 33

= î





= 12,25 A ·

· I

rms

1û · î

––

∫ û · î sin ϕ · dϕ = ––––

ππ

û · î 1,5

[(

ππ

1,5

P 1900 W S 2300 VA

π 4π

· –– = î ·



= 230 V · 10,0 A = 2300 VA

rms

– (-1)) – (-0,5)

––





––

= 10,00 A



]

–––

)]

– cos ϕ

[

–––– · û · î

]

In the very special case of sinusoidal voltage and current the power factor equals

TiPP

PF = cosϕ

Q = S2 – P2 = (2300 VA)2 – (1900 W)2 = 1296 var

 

Subject to change without notice

Page 32

Concept of the HM8115-2

The HM8115-2 uses true rms converters for measuring voltage and current. The instantaneous power is measured using an analog multiplier. The active power is derived by integrating the instantaneous power for a period T. All other values are calculated.

The instrument will automatically go into the active power measurement mode, the LED located near “FUNCTION and labelled “WATT“ will light up. The AUTO range function will select the optimum ranges for voltage and current.

“

The apparent power:

x I





rms

S = V

rms

The reactive power

Q = S2 – P

The power factor PF = P/S. This will always yield the correct power factor because the cosj is only defined for purely sinusoidal signals. However, in SMPS, motor controls etc. nonsinusoidal signals are prevalent.

The instantaneous power can be taken off the rear panel terminal and shown on a scope. The HM8115-2 can be remotely controlled via the serial interface, also all values can be read via the interface. Measuring circuit, monitor output and serial interface are isolated from each other.

Introduction to the Operation of the HM8115-2

Please read the instruction manual carefully.

Operating controls and Displays

 Power

This is the mains switch labelled “I“ = On and “0“ = Off. After turn-on the LED display for “FUNCTION for a moment the number of the version of firmware installed , e.g. “2.01“, then the baud rate of the serial interface, e.g. “9600“, then it will go into the active power measurement mode. The LED near “FUNCTION light up. Autoranging will be active and select the optimum ranges for voltage and current.

“ labelled “WATT“ will

“ will show

 VOLT display

This display will indicate the voltage on the output . Due to the drop across the shunt this voltage will be slightly reduced with respect to the input voltage. In case of overrange the display will show blinking horizontal bars. In order to go to the appropriate range the righthand VOLT pushbutton Å must be used or the autorange function selected.

 AMPERE display

This displays shows the current. In case of overrange the display will show blinking horizontal bars. In order to go to the appropriate range the righthand “AMPERE“ must be activated or the autorange function selected.

 pushbutton

At first time operation please observe the following recommendations:

– The mains voltage selector

voltage, and the correct fuse has been installed inside the mains connector

– Proper connection to an outlet with safety ground contact

or an isolation transfomer has been made. – There are no visible damages to the instrument – There are no loose parts floating around inside the

instrument.

has been set to the correct

Self Test

After turn-on with power switch  the 3rd display  for the FUNCTION will show the nuber of the firmware implemented, e.g. „2.01“.

The LED display  FUNCTION shows the baud rate of the serial interface, e.g. „9600“.

 FUNCTION display

The FUNCTION display will indicate the measurement result of the selected function.

These function can be chosen:

– Active power in watts – Reactive power in voltamperes reactive – Apparent power in voltamperes – Power factor PF

The function desired can be selected using the FUNCTION pushbuttons, the selected function will be indicated by the proper LED.

If either the voltage or the current range or both too low or high in order to achieve a meaningful result the FUNCTION display will show 3 to 4 horizontal bars irrespective of the function selected.

In PF mode such bars indicate that no meaningful power factor can be calculated. There are several possible reasons:

1. No current or pure DC current.

2. No voltage or pure DC voltage.

3. Either the voltage or the current or both are too low.

4. Manually selected voltage or/and current ranges are too low or too high.



Subject to change without notice

Page 33

STOP

Operating controls and displays

1 2

Warning signal in case of overrange

Overrange will be indicated by blinking horizontal bars in the respective display(s) and an acoustical signal.

Warning signal setting

Switch off HM 8115-2 with switch Switch HM8115-2 back on and push the righthand pushbutton of the FUNCTION Keep this button depressed until the LED “WATT“ will light up. This function will remain stored unless changed.

 pushbutton set.

.

3 4

 VOLT

Pushbuttons and a LED are provided for the manual or automatic selection of the voltage ranges. After turn-on the AUTO LED will light up, the instrument will automatically select the appropriate range. The selected range will be indicated by the associated LED. If the voltage changes the range will automatically follow.

If any of the manual select pushbuttons is depressed the autorange mode will be left, the AUTO LED will extinguish. Then any of the ranges can be manually selected. Pressing the AUTO button will return the instrument to the autoranging function, the AUTO LED will light.

The VOLT display an inappropriate range was selected manually this will be shown by blinking horizontal bars in the display(s) and an acoustical warning.

 will show the voltage at the terminals. If

 AMPERE

Pushbuttons and LEDs are provided for the manual or automatic range selection. After turn-on of the HM8115-2 the AUTO LED will light up, the instrument will automatically select the optimum range. The range selected will be indicated by the associated LED. If the current changes the range will automatically follow. If any of the manual select pushbuttons is depressed the AUTO function will be left, the AUTO LED will extinguish. Then the desired range can be selected manually. Pressing the AUTO button will return the instrument to the autoranging function.

The AMPERE display terminals. If an inappropriate range was selected manually blinking horizontal bars will be displayed, and an acoustical warning signal will sound off.



FUNCTION The following functions can be selected by the FUNCTION pushbuttons and shown on the associated display:

Active power (Watt) Reactive power (CAr) Apparent power (VA) Power factor PF

WATT (Active power)

After turn-on the instrument will automatically select the active power mode, the LED will light up, the display will show the active power. By using the FUNCTION pushbuttons other functions may be chosen.

Var (Reactive power)

In this mode the reactive power will be measured, the LED will light up, the display

The reactive power will be displayed as a positive value irrespective of any capacitive or inductive loads.

The reactive power display will also show correct values if voltage or current are non-sinusoidal. The apparent power (U (arithmetic mean of u(t) x i(t) ) are independent of the

TiPP

waveform, the reactive power is calculated from both.

12 14

 will show the current through the



 will show the reactive power.

x I

rms

) and the active power

rms

Subject to change without notice

Page 34

STOP

Operating controls and displays

Power factor (PF)

In this mode the power factor will be measured, the LED will light up, the display

 will show the power factor = active/ by

apparent power. The HM8115-2 allows the measurement of the average of the instantaneous power irrespective of the waveform as long as the specifications for crest factor and frequency are observed.

Please note that a power factor can only be shown for AC or AC + DC signals of sufficient minimum amplitudes. If the signal amplitude of either voltage or current or both is insufficient horizontal bars will be displayed, this will also be the case if DC is being measured.

ϕ is only defined for truly sinusoidal signals. As

cos soon as at least one of the signals is distorted a cos

derived from the phase shift between voltage and current will not be identical to the true power factor.

TiPP

Connectors

 MONITOR (BNC)

This is an analog output representing the instantaneous active power e.g. for display on a scope.

Examples:Examples:

Examples:

Examples:Examples:

50 V x 0,16 A = 2408W  1 V (average) 150 V x 16,0 A = 2400 W  1 V (average) 500 V x 1,6 A = 800 W  1 V (average)

If both voltage and current are equal to their full scale values in the ranges selected and if both are sinusoidal the monitor output signal will be 2 V

. If the power is

purely active the signal will oscillate between 0 and 2

, the average of this is 1 V.

For DC full scale values the monitor output will be

TiPP

1 VDC.

Example 1:

A wirewound resistor of 1.47 K is connected to 70 V

rms

. The picture shows the voltage across the resistor and the monitor output. The ranges selected are 150 V and 0.16 A which yields a 24 W full scale 1 V average signal at this output. There is no phase shift.

Voltage at R

R : 1,47 kLΩ

100 V

The instantaneous power is the product of voltage and current at time (t)

TiPP

p(t) = i(t) · u(t)

in case of sine wave: p(t) = û sin (ωt +

ϕ) · î sin ωt

The active power is the average of the instantaneous power integrated over the interval T = period divided by the period T:

––

∫î sin ωt · û sin (ωt + ϕ) dt

P =

î · û · cos ϕ

P = ––––––––––––––

P = V

rms

· I

rms

· cos ϕ

The monitor output will always deliver the instantaneous power no matter which function was selected. For positive instantaneous power the output will be positive, for negative instantaneous power it will be negative. If DC is being measured the monitor output will hence deliver a DC signal.

The BNC terminal outer conductor is connected to the instrument housing, however, the signal is isolated by a transformer.

50 V

GND

Monitor Signal

100 Vm

GND

The scope shows an undistorted instantaneous power signal. The negative peak is equal to 0 V, the positive peak equals

0.27 V, thus the average equals 0.135 V.

This average value multiplied by the full scale value 24 W equals 3.24 W which is the average power.

The HM8115-2 displays the following results:

= 70 V Q = 0,2 var

rms

= 0,048 A S = 3,32 VA

rms

P = 3,34 W PF = 1,00

The temperature dependent drift is automatically corrected for by disconnecting the input/output terminals, during this interval (100 ms) there will thus be no monitor signal. After instrument turn-on the autozero will be activated every 3 seconds for the first minute, after warm-up the breaks will occur every 2 minutes.

The average of the monitor output voltage will be 1 V if the input signals are such that the WATT display shows full scale. There is no indication of the power range, the range has to be calculated and is the product of the VOLT and AMPERE ranges.

Subject to change without notice

Example 2:

A wirewound resistor of 311 ohms is connected to 50 Vrms/50 Hz. The picture shows the voltage across the resistor and the monitor output.

The ranges are 50 V and 0.16 A, the full scale power is hence 8 W corresponding to 1 V average at the monitor output.

There is no phase shift with this purely resistive load. The scope shows an undistorted signal. The negative peak equals 0 V, the positive peak 2 V, the average is thus 1 V.

Page 35

STOP

Operating controls and displays

V = 50 V ; I = 161 mA ; R = 311

rms rms

Ω

100 V

50 V

GND

Voltage at R

2 V

1 V

GND

Monitor Signal

As the monitor output is 1 V and the full scale value is 8 W The power equals 8 W. The HM 8115-2 displays:

= 50 V Q = 0,73 var

rms

= 0,161 A S = 8,038 VA

rms

P = 8,010 W PF = 1,00

Example 3:Example 3:

Example 3:

Example 3:Example 3: A resistor of 92 ohms and a capacitor of 10.6 uF are connected in series to 50 V

Z = R



/50 Hz.

rms

+ X

with Xc =

———

2πf · c ω · c

——

The impedance of the series circuit Z = 314 ohms so that the levels are similar to those of the foregoing examples. The picture shows the voltage across the load and the monitor output.

The ranges selected are 50 V and 0.16 A, the full scale power range is again 8 W which is equivalent to 1 V average at the monitor output.

V = 50 V ; I = 161 mA ; R = 311

rms rms

Ω

100 V

50 V

GND

Voltage at R

2 V

1 V

GND

Monitor Signal

The frequency of the instantaneous power output is twice the mains frequency of 50 Hz hence 100 Hz. During one period of 50 Hz the maximum power reaches twice its maximum, twice it will be zero.

TiPP

Example 4:

A 311 ohm resistor is connected to a DC voltage of 50 V.

= 50 V; I = 161 mA; R = 311Ω

R : V

INPUT / OUTPUT

(4 mm safety connectors) The measuring circuit of the HM8115-2 is separated from safety earth PE! The two lefthand connectors are labelled INPUT and are connected to the power supply. The object under test will be connected to the righthand connectors OUTPUT.

Please observe all relevant safety instructions if voltages higher than the ones listed below are applied to the INPUT terminals. Keep DC voltages disconnected from ground. Isolate AC voltages by inserting an isolation transformer.

Please note: Voltages which exceed any of the following values are considered dangerous:

30 Vrms;

42.4 Vp;

60 V DC.

3 Voltages higher than those values may only be applied by qualified personnel who know the applicable safety rules.

Disconnect the input voltage before unplugging the safety connectors at the input terminals. Disregarding this can lead to accidents, in the worst case there may be danger of life!

100 V

50 V

GND

Voltage at R

2 V

1 V

GND

Monitor Signal

TheHM8115-2 displays:

= 50 V Q = 7,67 var

rms

= 0,161 A S = 8,042 VA

rms

P = 2,416 W PF = 0,30

If objects specified for safety class I are connected to the OUTPUT terminals without an isolation transformer the safety earth must be separately connected to the object under test, otherwise there ist danger of life.

Subject to change without notice

Page 36

STOP

Operating controls and displays

The safety plugs may become quite hot at high currents.

STOP

The upper two terminals (red) are internally connected. Do not apply any voltage, this would be short-circuited The shunt is connected internally between the two lower (black) terminals. Do not apply any voltage either because this would practically short-circuit it.

The shunt is protected by a fuse which is accessible from the front. Do not attempt to “repair“ a blown fuse or bridge it. Disconnect the input voltage before changing a fuse.

The current path is designed for a maximum of 16 Arms, hence a FF 16 A is specified.

The maximum input voltage is 500 V. The maximum peak voltage between any of the 4 terminals and the instrument housing = protectve earth is 500 V.

Please note: any voltage higher than those listed is considered dangerous:

30 Vrms;

42.4 Vp;

60 V DC.

15 16 17

HAMEG INSTRUMENTS

Programmable Power Meter

HM8115-2

Made in Germany

Serial interface Serial interface

Serial interface

Serial interface Serial interface

RS-232

Serial port

The RS-232 interface connector is located on the rear panel (9-pin submin D). This bidirectional interface allows fetching of data from the instrument and to remotely control it.

Mains voltage selector Mains voltage selector

Mains voltage selector

Mains voltage selector Mains voltage selector The instrument can be powered by 115 or 230 V, 50 or 60 Hz. The voltage selector switch is used to set the correct voltage. Any change requires that the mains fuse be changed to the appropriate value as indicated on the rear panel.

Mains voltage connector with integrated fuse holder Mains voltage connector with integrated fuse holder

Mains voltage connector with integrated fuse holder

Mains voltage connector with integrated fuse holder Mains voltage connector with integrated fuse holder The mains connector is a standard type accepting cables with plugs according to DIN 49457.

CAT II

Volta ge

Selector

230V

INTERNAL INSTRUMENT SUPPLY

115 - 230 VAC / 50 - 60 Hz

Power Fuse: IEC 127 – III, 5 x 20 mm

Träge, temporisé, time lag, lento 230 V: T100 mA / 115 V: T200 mA

Watts (max.): 15 at 230 V / 50 Hz

Only qualified personnel well aware of the potential dangers is authorized to apply voltages higher than those listed. The relevant safety rules must be observed.

Fuses in the measuring circuit

The front panel fuse (FF 16 A) protects the shunt. The circuit is designed for 16 Arms.

Type of fuse: FF 16 A 250 V, size 6.3 x 32 mm, US standard: UL198G, CSA22-2 No. 590

Before exchanging aBefore exchanging a

Before exchanging a

Before exchanging aBefore exchanging a blown fuse the inputblown fuse the input

blown fuse the input

blown fuse the inputblown fuse the input voltage must be dis-voltage must be dis-

voltage must be dis-

voltage must be dis-voltage must be disconnected. Do not attempt to „repair“ a blown fuse or toconnected. Do not attempt to „repair“ a blown fuse or to

connected. Do not attempt to „repair“ a blown fuse or to

connected. Do not attempt to „repair“ a blown fuse or toconnected. Do not attempt to „repair“ a blown fuse or to bridge it.bridge it.

bridge it.

bridge it.bridge it.

Changing the measuring circuit fuse

The measuring circuit fuse is accessible on the front panel. Before exchanging the fuse remove all connections to the INPUT

and OUTPUT terminals. Disconnect the HM81152 from the mains. Use a suitable screwdriver to turn the top of the fuseholder counterclockwise while depressing it. The top and the fuse can then be easily removed. Use only the specified type of fuse and do not attempt to „repair“ a blown fuse or to bridge it. Any damage caused by using false fuses or by bridging it will void the warranty.

Subject to change without notice

Page 37

Operating controls and displays

Listing of software commands

These commands have to be transmitted as ASCII characters, they may be lower or upper key. Each command must use oDh (Enter) at its end.

CommandCommand

Command

CommandCommand

ResponseResponse

Response

ResponseResponse

TextText

Text

TextText

PC > HM8115-2 HM8115-2 > PC

Instrument statusInstrument status

Instrument status

Instrument statusInstrument status *IDN? HAMEG HM8115-2 Instrument identification request VERSION? version x.xx Request for the software version installed Response e.g.: version 1.01 STATUS? function, range Request for outputting all present instrument settings

functions: WATT, VAR, VA, PF voltage ranges: U1 = 50 V, U2 = 150 V, U3 = 500 V Current ranges: I1 = 0,16 A, I2 = 1,6 A, I3 = 16 A

General commandsGeneral commands

General commands

General commandsGeneral commands

VAL? ranges and results Request for outputting instrument settings and measurement results.

Example of VAr: U3=225.6E+0 (225.6V in the 500 V range) I2=0.243E+0 (0.243 A in the 1.6 A range) VAR=23.3E+0 (Reactive power of 23.3 VAr) “OF“ indicates range overflow. In case the command was sent during a measurement cycle the response will come after its completion.

VAS? ranges Selective request for the parameters and the result of FUNCTION.

function and Example if PF was selected: U3, I2, PF= 0.87E+0. result

Bus commandsBus commands

Bus commands

Bus commandsBus commands FAV0 none Disabling of all front panel controls VOLT, AMPERE, FUNCTION

. FAV1 none Enabling of all front panel controls VOLT, AMPERE, FUNCTION

Instrument settingsInstrument settings

Instrument settings

Instrument settingsInstrument settings BEEP none Generates a single acoustic signal BEEP0 none Acoustic signal disabled BEEP1 none Acoustic signal enabled

Operating modesOperating modes

Operating modes

Operating modesOperating modes WATT none Active power VAR none Reactive power VAMP none Apparent power PFAC none Power factor PF AUTO:U none AUTORANGE- function voltage enabled AUTO: I none AUTORANGE- function current enabled

MA1 value / function Continuous transmission of parameters and results to the PC

Example of PF selected: U3,I2,cos=0.87E+0 “OF“ designates overflow. Transmission will be continued until ended by MA0.

MA0 none Ends transmission started with MA1.

SET:Ux none Disables autoranging resp. changes the voltage range to „x(Volt)“

SET:U1 Sets 50 V range SET:U2 Sets 150 V range SET:U3 Sets 500 V range

SET:Ix none Disables autoranging resp. changes the current range to „x(Ampere)“

SET:I1 Sets 0.16 A range SET:I2 Sets 1.6 A range SET:I3 Sets 16 A range

Subject to change without notice

Page 38

STOP

Serial interface

Serial Interface

The HM8115-2 is well equipped for use in automated test systems. An optcoupler-isolated RS-232 interface is standard.

Interface parameters

N, 8, 1, Xon-Xoff: (No parity bit, 8 data bits, 1 stop bit, Xon-Xoff.

A terminal program like HyperTerminal may be used for data transmission. After performing all settings in the terminal program press the ENTER key once prior to sending the first command to the HM8115-2

Baud rate

1200 or 9600 baud.

Changing interface parameters

Only the baud rate can be selected as either 1200 or 9600 baud. In order to do this proceed as follows:

– Turn off the HM8115-2. – Turn the instrument back on. – Press the lefthand FUNCTION pushbutton – Press the lefthand pushbutton  and keep it depressed

until the LED “WATT“ lights up.

This new baud rate will be stored permanently unless changed.

Serial interface

HAMEG INSTRUMENTS

Programmable Power Meter

HM8115-2

Made in Germany

RS-232

Serial port

The RS-232 interface connector is located on the rear panel (9pin submin D). The interface allows the transmission of data from the instrument and its remote control.

For the connection between the HM8115-2 and a PC (COM port) any standard cable with 9pin submin D on both sides may be used, provided it is shielded and < 3 m.

If a PC has a 25pin connector an adapter 25 to 9pin has to be inserted, only 3 wires are used.

TiPP

Connections:Connections:

Connections:

Connections:Connections:

POWER METERPOWER METER

POWER METER

POWER METERPOWER METER

Pin name / function Pin name / function

2 Tx Data / output 2 Rx Data / input 3 Rx Data / input 3 Tx Data / output 5 Ground 5 Ground

CAT II

Voltage

230V

Selector

PC COM Port (9poles)PC COM Port (9poles)

PC COM Port (9poles)

PC COM Port (9poles)PC COM Port (9poles)



INTERNAL INSTRUMENT SUPPLY

115 - 230 VAC / 50 - 60 Hz

Power Fuse: IEC 127 – III, 5 x 20 mm

Träge, temporisé, time lag, lento 230 V: T100 mA / 115 V: T200 mA

Watts (max.): 15 at 230 V / 50 Hz

Glossary HM8115-2

Active power 30 AMPERE 28, 32, 33 Analog multiplier 32 Apparent power 31 Arithmetic mean value 29 Autoranging 25, 32, 33 Average power 34 Baud rate 32, 38 Change of fuse 27 COM port 38 Crest factor 29 Form factor 29 Frequency 30, 34, 35 Front panel controls 28 FUNCTION 28, 32, 33, 34, 37 Fuse 25, 27, 28, 32, 36 Inductive 30, 31, 33 INPUT 25, 28, 35 Instantaneous value 31 Instrument status 37 Interface parameters 38 Isolated 34, 38 Listing of commands 37 Mains voltage selection 36 Measuring circuit 32, 35, 36 MONITOR 28, 34 Monitor output 32, 34 Operating modes 37 OUTPUT 25, 28, 35 Overrange 25, 32, 33 Peak value 29 PF 31 PFAC 37 Phase angle 29 Phase shift 30, 34 Power 28, 32 POWER 32 Power factor 31 Protective earth 25 Range overflow 37 Range selection 25, 33 Reactive current 30 Reactive power 25, 30, 31, 32 Rectified mean value 29 Resistive load 35 Rms value 29 RMS, root-mean-square 29 RS-232 interface 38 Self test 32 Serial interface 25, 38 Shunt 32, 36 XON/XOFF protocol 37

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Oscilloscopes

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Hameg HM8115-2 User Manual

Specifications and Main Features

Frequently Asked Questions

User Manual