Labortagebuch April 2008

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22.4.08: Entstördrossel als Stromwandler? 

Mit einem Stomwandler kann man den Strom eines Netzverbrauchers ohne direkte Verbindung messen. Im Prinzip ist es ein Trafo mit einem Messwiderstand sekundär. Man nimmt z.B. einen Ringkern oder einen geteilten Ringkern wie in einer Stromzange. Ich suche gerade nach einem preiswerten Stromwandler und wollte eine Entstördrossel dafür einsetzen. Zum Test wurde eine Ader eines Netzkabels einmal durch den Kern einer Ringkernspule ohne bekannte Daten aus der Bastelkiste gewickelt. Das zählt dann als zwei Windungen. Für die Messung wurde eine 25-W-Glühlampe angeschlossen.

 
Das Oszilloskop zeigte an der großen Wicklung nur scharfe Impulse mit ca. 100 mV. Offensichtlich wurden nur die höheren Frequenzanteile des verzerrten 50 Hz-Sinus übertragen.

 



Jetzt habe ich mal nachgerechnet. Bei Reichelt bekommt man solche Entstördrosseln bis 100 µH. Bei 50 Hz ist allerdings der induktive Widerstand dann nur 0,03 Ohm. Bei 1 A hätte man nur einen Spannungsabfall von 30 mV, wenn die Drossel direkt im Stromkreis läge. Als Stromwander mit einem Wicklungsverhältnis von 1 : 10 würde man sekundär nur 3 mV bei 1 A bekommen. Ich muss also nach einer Ringkerndrossel mit wesentlich mehr Induktivität suchen.

Echte Stromwandler haben meist auch nur eine sehr kleine Ausgangsspannung im Millivoltbereich. Was ich aber brauchte, war ein Stromwandler mit relativ großer Ausgangsspannung zur direkten Messung mit einem Mikrocontroller. Erfolgreich war ein Test mit einem kleinen Netztrafo für 6 V, der umgedreht als Stromwandler mit 1 kOhm an der großen Wicklung verwendet wurde.

28.6.12: Nachtrag: Stromwandler mit einer Relaisspule, von Bernhard Schnurr

Damit man das Signal nicht zu verstärken braucht, muss der Wandler auf der Signalseite sehr viele Windungen haben. Ich hatte es einmal mit einer 12V-Relaisspule versucht und diese kleine Bastelei auch wieder gefunden.  Hier einmal die Anzeige bei verschiedenen Lasten. Die Linearität ist beeindruckend.
 
 Leitung ca. Anzeige
 [Watt]         [Volt]
unbelastet -- 0,003
Lötkolben 30 0,019
Glühlampe 25 0,020
Glühlampe 60 0,045
Glühlampe 100 0,068
Heizlüfter Motor 0,018
Heizlüfter 1000 0,700
Heizlüfter 2000 1,377
Energiesparlampe 20 0,061
 
Interessant ist die Abweichung bei dem nicht sinusförmigem Stromfluß einer Energiesparlampe.  Der ursprüngliche Zweck des Versuches war bei einer Stromentnahme von mehr als etwa 500 Watt einen Optokopplers zu schalten. Das hat auch funktioniert, die Schaltschwelle wird bei etwa 600-700 Watt erreicht.


 
Die Belastung mit 2000 Watt wurde sehr vorsichtig durchgeführt. Der Draht der Primärspule ist ja eigentlich zu schwach dafür. Das Gerät wurde zunächst 10 Sekunden und danach eine Minute eingeschaltet und die Temperatur mit einem IR-Thermometer überwacht. In einer Minute stieg die Temperaturanzeige von 23°C auf ca. 40°C.

Nachtrag: Strom- statt Spannungsmessung, von Markus Meier

Ich habe bemerkt, dass Sie die Spannung auf der Sekundärseite eines Stromwandlers messen. M.E. sollte man bei einem Stromwandler sekundär nicht die Spannung, sondern den Strom messen, also möglichst mit einem Amperemeter, welches Innenwiderstand 0 hat. Misst man die Spannung (also mit  sehr hohem Eingangswiderstand), so werden Stromanteile mit hohen Frequenzen proportional zur Frequenz mit höherem Übertragungsfaktor gemessen. Das liegt einfach daran, dass die induzierte Spannung auf der Sekundärseite proportional zur Frequenz ist. Fließt aber ein Strom, so ist die Induktivität der Sekundärseite wirksam, und die steigt proportional zur Frequenz an, und 'hemmt' somit den Strom, und alles ist wieder in Ordnung.

Dieser Effekt ist übrigens auch dafür verantwortlich, dass der Strom durch die Lampe an einem Fahrraddynamo nicht ungebührlich bei großen Geschwindigkeiten steigt: Die Induktivität nimmt mit der Frequenz zu, und die Lampe ist so eigentlich an eine Stromquelle angeschlossen. Ich hatte diesbezüglich einmal eine längere Diskussion mit einem Elektroingenieur, weil ich nur Physiker bin. Eben sehe ich noch Ihre Messresultate: Bei der Energiesparlampe - sie ist wohl die einzige nicht-ohmsche Last - hatten Sie eine Abweichung. Möglicherweise kann man diese dem geschilderten Effekt zu schreiben. Interessant wäre es, die Messung bei belastetem Wandler zu wiederholen.

Belastungswiderstand (Hinweis von B.K.)

Üblich ist es, den Stromwandler sekundär mit einem definierten Widerstand von z.B. 600 Ohm zu belasten und dann den Spannungsabfall zu messen. Im Leerlauf soll er grundsätzlich nicht betrieben werden. Wenn man einen Übertrager zweckentfremden will, soll der Belastungswiderstand so gewählt werden, dass die Spannung gegenüber dem Leerlaufbetrieb deutlich einbricht, der Trafo also praktisch im Kurzschlussbetrieb arbeitet.

Man sollte auch überprüfen, ob der  Belastungswiderstand oder der Wandler zu heiß wird: 
www.industrial-needs.com/measuring-instruments/infrared-thermometers.htm


8.4.08: Spuk im Labor? 

Gestern Abend kam ich spät noch mal ins Labor. Es war seltsam. Der PC war ganz aus, über eine Steckdosenleiste völlig ohne Spannung. Und trotzdem leuchtete die optische Maus schwach vor sich hin. Woher kam wohl diese geheimnisvolle Energie? Labor-Spuk?

Dann habe ich den PC eingeschaltet. Alles prima, nur die Maus wollte nicht arbeiten. Na gut, in der Ecke lag noch eine USB-Funkmaus. Aber dann stellte sich heraus, auch die Tastatur wollte nicht mehr. Irgendwas war oberfaul. Aber da waren noch andere LEDs an, und zwar waren die ganze Zeit über mein STK500 und ein ATmega-System über ein Steckernetzteil aktiv. Und im USB-Anschluss steckte ein USB/RS232-Kabel von FTDI, das ebenfalls 5 V an den Mikrocontroller liefert, wenn der PC an ist. Und damit war der Fall klar: Über Steckernetzteil, STK500 und FTDI-Wandler kam 5 V rückwärts in das USB-Hilfsnetzteil des PCs, das auch Maus und Tastatur versorgt. Deshalb das Mausleuchten und deshalb gab es keinen ordentlichen Reset für die Maus und die Tastatur. Doch kein Spuk!

  


5.4.08: Quick and dirty! 

Mal eben eine Schaltung ausprobieren, und das ohne teures Material, da hat sich bei mir folgendes Verfahren bewährt: Cappuccino-Dosen haben einen Blechboden und Seitenwände aus Karton. Man kann den Boden mit einem scharfen Messer leicht abtrennen und in den Deckel aus weichem Kunststoff als Unterlage stecken. Auf dem dünnen Blech kann man dann gut löten und hat bei Bedarf sogar eine HF-taugliche Massefläche. Die hier aufgebaute Schaltung mit drei Transistoren ist übrigens ein langsamer Dreiphasen-Sinusgenerator zur Ansteuerung von LEDs. Ich musste die Schaltung fünfmal ändern, bis es klappte. Auf Lochraster wäre es schwieriger geworden. Steckboards gehen zwar auch gut, aber nicht mit ausgelöteten Teilen, die hier teilweise verwendet wurden.

 


4.4.08: Frauen im Elektronik-Labor

Letzte Woche habe ich viele alte ELO-Hefte durchgesehen. Eines war von 1982. Oh, welch fortschrittliches Coverbild, dachte ich, zwei Frauen im Elektronik-Labor! Aber irgendwas stimmte mit dem Foto nicht. Beim zweiten Blick wurde klar, eine der beiden Frauen war ein Mann mit ziemlich langen Haaren. Er arbeitete, und sie bewunderte ihn. Ach ja, jetzt erinnere ich mich wieder, so war damals die verbreitete Rollenverteilung, und lange Haare hatte ich zu der Zeit auch noch. Aber ist das heute sehr viel anders geworden? Ich glaube ja, denn meine Tochter erzählt mir, dass sie in der Schule einen Motor zerlegt, meine Nachbarin forscht an der Uni im Bereich Organische Halbleiter, und in Elektronikfirmen trifft man immer öfter Ingenieurinnen. Anders geht das auch nicht mehr. Also los, liebe Frauen, ran an den Lötkolben und rein in die Unis!


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