Hameg HM8115-2 User Manual
Power-Meter
HM8115-2
Handbuch / Manual
Deutsch / English
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.
2
Änderungen vorbehalten
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
3
HM8115-2
8 kW Leistungs-Messgerät
HM8115-2
Adapter HZ815
Effektivwert
U
eff
0
Wirkleistung
u
i
û
ϕ
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
2
u (t)
t
u(t)
Für Messungen an Frequenzwandlern geeignet
Frequenzbereich DC bis 1 kHz
Messdatenerfassung und Bedienung über RS-232 Schnittstelle
î
ωt
4
Änderungen vorbehalten
inklusive
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
p
±(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
5
STOP
STOP
STOP
Wichtige Hinweise
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
6
Änderungen vorbehalten
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
7
Bezeichnung der Bedienelemente
Bezeichnung der Bedienelemente
1 2
5
Gerätefrontseite
3 4
6
7
8
9
10
11
12 14
13
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
8
Änderungen vorbehalten
STOP
Messgrundlagen
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
U
eff
û Spannung Spitzenwert
Strom Effektivwert
I
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
T
1
= ––
∫|x
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)
T
0
Bei einer sinusförmigen Wechselspannung u(t) = û sin
ωt ist
der Gleichrichtwert das 2/π-fache (0,637fache) des Scheitelwertes. Hier Formel sinusförmiger Gleichrichtwert
T
IuI =
12
––
∫|û sin ωt| dt = –– û = 0,637û
0
T
π
Effektivwert
Der quadratische Mittelwert x²(t) eines Signals entspricht dem
Mittelwert des quadrierten Signals.
T
1
2
= ––
x
(t)
Wird aus dem quadratischen Mittelwert die Wurzel gezogen,
ergibt sich der Effektivwert des Signals X
= ––
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
DC
Bei einer sinusförmigen Wechselspannung u(t) = û sin ωt ist der
Effektivwert das 1/√2-fache (0,707-fache) des Scheitelwertes.
––
U =
2
∫x
dt
(t)
T
0
eff
T
1
2
∫x
dt
(t)
T
0
.
T
1û
(û sinωt)2 dt = –– = 0,707û
∫
T
0
2
Gleichrichtwert
T
1
|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.
û
0
IuI
0
T
∫|x
0
(t)
||dt
u (t)
U
eff
0
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:
U
––––
F =
t
IuI Gleichrichtwert
Bei reinen sinusförmigen Wechselgrößen beträgt der
Formfaktor:
t
TiPP
F =
–––– = 1,11
2√2
Effektivwert
eff
= –––––––––––––––
π
2
t
Änderungen vorbehalten
9
STOP
STOP
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
= –––––––––––––––
U
eff
Effektivwert
Wird bei einem Messgerät der maximal zulässige
Crestfaktor überschritten sind die ermittelten
Crest-Crest-
Crest-
Crest-Crestfaktorfaktor
faktor
faktorfaktor
CC
C
CC
Form-Form-
Form-
Form-Formfaktorfaktor
faktor
faktorfaktor
FF
F
FF
ππ
π
ππ
2 = 1,11
2
2
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.
u
i
û
î
ω
ϕ
I cos ϕ
ϕ
ωt
U
I
Wenn: P = Wirkleistung
= Spannung Effektivwert
U
eff
= Strom Effektivwert
I
eff
ϕ = Phasenverschiebung zwischen U und I
ergibt sich für die Wirkleistung
· I
P = U
· cosϕ
eff
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
π
ππ
2 = 1,11
2
2
ππ
π
ππ
2
3 = 1,15
22
2
22
3
Die Momentanleistung ist die Leistung zum Zeitpunkt
(t) und errechnet sich aus dem Produkt des Stromes
und der Spannung zum Zeitpunkt (t).
TiPP
p
=i
(t)
· u
(t)
(t)
bei Sinus gilt:
p
= 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.
T
1
––
∫î sin ωt · û sin (ωt + ϕ) dt
P =
T
0
î · û · cos ϕ
P = ––––––––––––––
P = U
Das Maximum des Leistungsfaktors cos
sich bei einer Phasenverschiebung von
2
· I
· cos ϕ
eff
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)
10
Änderungen vorbehalten
STOP
STOP
Messgrundlagen
Wenn: Q = Blindleistung
= Spannung Effektivwert
U
eff
I
= 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
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:
U
P
––––
S
û
= —— = 229,8 V ≈ 230 V
eff
√2
Der Effektivwert des Stromes ergibt sich aus:
2π
I
eff
J
eff
J
eff
1
= ––
∫î2 · dϕ
2π
0
2
î
= ––
2π 33
2
= î
· –– = î · ––
π 4π
· [( π – –– ) + (2π –
22
33
–––
)]
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
U
eff
= Strom Effektivwert
I
eff
ergibt sich für die Scheinleistung
I
= 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
eff
π
1û · î
––
∫ û · î sin ϕ · dϕ = ––––
ππ
π
3
û · î 1,5
– (-1)) – (-0,5)
[(
ππ
1,5
π
P 1900 W
S 2300 VA
2
3
=
]
– cos ϕ
[
–––– · û · î
π
]
π
3
S = P2 + Q
2
= U
eff
x J
Q = S2 – P2 = (2300 VA)2 – (1900 W)2 = 1296 var
eff
Änderungen vorbehalten
11
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
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
2
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
12
Änderungen vorbehalten
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