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Titel Testlast


Betreuer: Dipl. El.-Ing. Joachim Bazali, Institut für Leistungselekronik und Messtechnik

Der offizielle Titel lautet eigentlich "Testlast zur Erzeugung verzerrter Strom/Spannungs-Kurvenformen", aber das dünkt mich einfach zu umständlich. Zudem sagt auch dieser Titel nichts darüber aus, wieviel Spass ich mit meiner Testlast gehabt habe.

Auf dieser Web-Seite möchte ich kurz ein paar Impressionen zu meiner SA vom Wintersemester 00/01 geben, ohne dabei auf die dahinterstehende Technik einzugehen. Ich weiss auch gar nicht, ob ich das überhaupt veröffentlichen dürfte. Zuerst aber trotzdem etwas "graue Theorie":

Ziel dieser Semesterarbeit war ein Gerät zu entwickeln, das am einphasigen Lichtnetz angeschlossen wird und so vielfältige, genau bekannte Stromkurvenformen erzeugt. Wenn nun die wichtigsten Netzparameter wie Induktivität und ohmscher Widerstand bekannt sind, kann aus der Stromkurvenform die Spannungskurvenform errechnet werden. Damit ist die momentan bezogene Leistung bekannt.

Kurvenformen von Spannung und Strom

Abb. 1

In Abb. 1 ist oben die Netzspannung eines starren Netzes und unten ein Beispiel für eine Stromkurvenform zu sehen. Prinzipiell ist mit der gewählten Schaltung eine fast beliebige Stromkurvenform erzeugbar. Diese Semesterarbeit beschränkt sich auf stationäre Rechteckpulsströme mit den Parametern Amplitude I0 und Winkel α1, α2, α3 und α4. Die Pulse brauchen in keiner Weise symmetrisch auftreten. Aus steuerungtechnischen Gründen beschränkt sich diese Last auf stationäre Kurvenformen.

Aufgenommene Leistung

Gl. (1)

Maximale Leistung wird gerade dann aufgenommen, wenn zwei 180°-Strompulse pro Periode erzeugt werden. Unabhängig von der Netzfrequenz betragen dann α1 = 0°, α2 = α3 = 180° und α4 = 360°. Die maximal aufgenommene Leistung beträgt somit unabhängig von der Netzfrequenz bei U0 = 325 V (230 V × √2) und I0 = 16 A etwa 3.3 kW.

numerische Lösung

Gl. (2)

Leistungsteil

Abb. 2

In Abb. 2 sieht man links den leistungselektronischen Teil mit rotem Not-Aus Knopf und ein paar Buchsen auf der Frontplatte sowie hinten die schwarzen Kühlkörper. Rechts daneben stehen die Widerstände zum Verheizen der aufgenommenen Leistung. Nicht zu sehen ist die Plexi-Haube, die als Berührungsschutz unabdingbar ist (Spannungen bis 600 V).

In diesem 19"-Rack befindet sich sämtliche Elektronik zur Singalverarbeitung, Regelung und Steuerung. Auch eine Mikrocontrollerkarte steckt drin. Gut ersichtlich ist auch, dass man einzelne Platinen zu Mess- und Abgleichzwecken mit einer Riser-Karte gut zugänglich machen kann. Rückseitig ist ein Signalbus vorhanden, der sämtliche Vorsorgungsspannungen und digitale wie analoge Signale von Karte zu Karte durchschleift.

Rack

Abb. 3

Ventilatoren

Abb. 4

Leider hat auch diese Schaltung keinen Wirkungsgrad von 100% (bezogen auf die Leistungselektronik; eine Last hat sonst natürlich immer per Defninition einen Wirkungsgrad von 0%). Die entstehende Verlustleistung muss irgendwie abgeführt werden. Wenn man Abb. 4 genau anschaut, sieht man unter den Kühlkörpern zwei 15W-Lüfter. Diese sorgen für die nötige Frischluft im Kühlkanal. Übrigens: oben in der Mitte befindet sich ein Thermostat, der sich bei Übertemperatur beim Mikrocontroller beschwert. Dieser fährt dann die Last geordnet runter.




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