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Die grünen Seiten
für die Aus- und
Weiterbildung
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Inhalt
Grundlagen von Licht
und Beleuchtung [ 5 ]
Roland Heinz
Dieser letzte Teil des Beitrags beschäftigt sich mit
Beleuchtungssystemen und Leuchten und geht auch auf
den besonders aktuellen Aspekt »Beleuchtung und
Umwelt« ein.
Eine Beleuchtungsanlage erfüllt mehr Aufgaben, als unsere
Umgebung sichtbar zu machen oder effizientes und sicheres
Arbeiten zu ermöglichen. Immer mehr dient die Beleuchtung
auch dazu, eine angenehme Atmosphäre in Innenräumen zu
schaffen und als Mittel zum Realisieren komfortabler Lebensund Arbeitsbedingungen. Die Beleuchtung betont die funktionalen und dekorativen Qualitäten des Raums und seine Proportionen. Sie verbessert nicht nur die visuelle Wahrnehmung,
sondern bestimmt auch die emotionale Atmosphäre – kühl
oder warm, sachlich oder beschwingt, heiter oder erhaben.
Beleuchtungssysteme
Bei den Beleuchtungssystemen unterscheidet man zwischen
Allgemein-, Architektur-, Arbeitsplatz-, Akzent- und Umgebungsbeleuchtung:
• Allgemeinbeleuchtung: Sie erzeugt ein einheitliches Beleuchtungsniveau in einem großen Bereich (Bild 25). In bestimm-
8/2007
93 Elektroinstallation
Grundlagen von Licht
und Beleuchtung
[5]
97 Grundlagen
Spannungsteiler und
Gleichstromnetzwerke
ten Räumen, wie Lager-,
99 Grundlagen
Betriebsräumen und GaraKleines Einmaleins
gen reicht eine einzige Leuchder Messtechnik
te oder Leuchtengruppe für
die gesamte erforderliche Beleuchtung. Diese Innenbereiche befinden sich normalerweise dort, wo die Gestaltung und
das Erscheinungsbild des Raumes gegenüber den auszuleuchtenden Gegenständen zweitrangig ist und die Kosten das entscheidende Kriterium darstellen. Gefordert sind hier vor
allem eine gute Lichtverteilung und eine horizontale Beleuchtung ohne Schattenzonen.
• Architekturbeleuchtung: Sie betont die Merkmale und die
kennzeichnenden Elemente des Raums, wie Wände, Decken,
Fußböden – zielt also nicht auf die im Raum befindlichen
Gegenstände ab (Bild 26). Leuchten für Architekturbeleuchtung erzeugen im Allgemeinen nur geringe Beleuchtungsstärken im Raum, weshalb meist zusätzliche Leuchten für die
Allgemeinbeleuchtung des Raums oder des Arbeitsplatzes
einzusetzen sind.
[3]
Dr. habil. Roland Heinz, Philips Lighting Academy und TU Graz
www.philips.de/akademie
Quelle: Pixelquelle
Fortsetzung aus »de« 7/2007, S. 99
Bild 26: Die Architekturbeleuchtung betont Wände, Decken oder
Fußböden
Bild 25: Die Allgemeinbeleuchtung erzeugt ein einheitliches
Beleuchtungsstärkeniveau
de 8/2007
• Arbeitsplatzbeleuchtung: Sie dient zum Beleuchten spezifisch
ausgewiesener Arbeitsbereiche, z.B. Schreibtische und Theken (Bild 27). Die direkt auf die Arbeitsfläche ausgerichtete
Arbeitsplatzbeleuchtung verringert die Abhängigkeit von der
allgemeinen Deckenbeleuchtung und bietet eine bessere
Beleuchtungsqualität bei bestimmten Aufgaben. Die meisten
Arbeitsplatzleuchten erzeugen gebündeltes Licht und sind
lokal angeordnet.
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ELEKTROINSTALLATION
Bild 29: Bei der Umgebungsbeleuchtung handelt es sich üblicherweise um eine Kombination von Allgemein-, Architektur-,
Arbeitsplatz- und Akzentbeleuchtung
Leuchten
Eine Leuchte dient dazu, mittels Reflektoren und Lamellen das
Licht der Lichtquelle zu verteilen und an die gewünschte Stelle
zu lenken (Bild 30). Sie kann außerdem die Blendwirkung
Bild 27: Die Arbeitsplatzbeleuchtung hellt spezifisch ausgewiesene Arbeitsbereiche auf
Vorschaltgerät
• Akzentbeleuchtung: Sie betont bestimmte Merkmale in
einem Raum, z. B. Gemälde, Kunstgegenstände in Museen
und Sonderangebote in Geschäften (Bild 28). Diese Art von
Beleuchtung sollte keine allzu starken Helligkeitskontraste
erzeugen.
• Umgebungsbeleuchtung: Die auch »Ambient Lighting«
genannte Umgebungsbeleuchtung schafft Stimmung oder
Atmosphäre in Wohn- oder Arbeitsräumen. Es handelt sich
üblicherweise um eine Kombination von Allgemein-, Architektur-, Arbeitsplatz- und Akzentbeleuchtung, mit der eine
eigenständige Atmosphäre in einem Raum geschaffen wird
(Bild 29).
Lampenfassung
und Brennstellung
Gehäuse
Reflektor
Lichtquelle
Lamellenraster
Bild 30: Grundelemente einer Leuchte
Bild 28: Die Akzentbeleuchtung betont Bilder, Kunstgegenstände
in Museen und Sonderangebote in Geschäften
94
begrenzen und die Lampe schützen. Sie enthält Elemente zur
Verteilung, Filterung und Umwandlung des von der Lampe
ausgestrahlten Lichts und umfasst alle zur Befestigung und
zum Schutz der Lampe(n) sowie zum Anschluss an die Stromversorgung benötigten Bauteile.
Für Gasentladungslampen entwickelte Leuchten enthalten
außerdem ein elektrisches Vorschaltgerät bzw. ein Zündgerät
und eine Spule zur Strombegrenzung. Elektronische Vorschaltgeräte sind kompakter und leichter und haben entscheidende
Vorteile in Bezug auf Regelung, Energieeinsparung, Lichtqualität und Zündverhalten.
Der weite Bereich der Leuchten lässt sich in verschiedene
Kategorien aufteilen (Bild 31):
• Einbauleuchten
• Anbauleuchten
• Pendelleuchten
• Uplights
• Downlights
• Strahler/Scheinwerfer
• Dekorative Leuchten
• Freistehende Leuchten
• Schienenleuchtensysteme
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ELEKTROINSTALLATION
Bild 31: Beispiele einer Einbau- (li.) und einer Pendelleuchte (re.)
Das Styling und die Konstruktion des Leuchtengehäuses spiegeln die Aufgabe wider, für die man die Leuchte entworfen hat.
Das Spektrum reicht von zweckmäßig für industrielle Beleuchtung bis hin zu stilvoll für exklusive Geschäfte und Architekturbeleuchtung.
Leuchten müssen (wie auch Lampen, Vorschaltgeräte und
Regeleinheiten) internationalen und europäischen Sicherheitsrichtlinien entsprechen. Dazu gehören Normen und Standards
für die jeweiligen Leuchtenklassen in Bezug auf elektrische
Sicherheit, elektromagnetisches Störverhalten, Schlagfestigkeit
und Eindringschutz, Brennbarkeit, UV-Strahlung usw.
Ein befugter Mitarbeiter des Herstellers oder ein bevollmächtigter Vertreter muss eine so genannte Konformitätserklärung vorlegen, die neben anderen erforderlichen Angaben die
Spezifikationen enthalten, denen das Produkt entspricht. Wenn
der Hersteller über Einrichtungen verfügt, so dass er selbst eine
vollständige Prüfung gemäß den entsprechenden Richtlinien
durchführen kann, steht ihm dieses Recht zu. Eine von einem
Drittlabor durchgeführte Prüfung ist nicht erforderlich, dürfte
jedoch sicherer sein, wenn es darum geht, die Einhaltung der
Normen zu bestätigen.
Beleuchtung und Umwelt
Nicht erst seit gestern unternehmen die Hersteller von Beleuchtungsprodukten bezüglich Umweltverträglichkeit große
Anstrengungen. Man denke nur an die Einführung der kompakten SL-Energiesparlampe 1980, die weltweit erste praktische Alternative zur Glühlampe (Bild 32). Sie verbrauchte nur
ein Viertel der Energie und hatte im Vergleich zur Glühlampe,
VORSCHALTGERÄTE
Gasentladungslampen und Leuchtstofflampen lassen sich nicht wie
Glühlampen direkt an das 230-V-Netz anschließen, sondern dies
muss immer über ein Vorschaltgerät geschehen. Vorschaltgeräte
haben manchmal mehrere Funktionen. Am bekanntesten sind diese
drei:
• Im Entladungsprozess setzt jedes Elektron des zugeführten elektrischen Stroms mehrere neue Elektronen aus dem Gas frei, womit
das Entladungsrohr gefüllt ist. Bei ungeregelter Stromstärke würde
ein immer größer werdender »Fluss« von neuen Elektronen entstehen. Die Stromstärke würde sich bald erhöhen und die Lampe zum
Schluss zum Erlischen oder Platzen bringen. Die Funktion des Vorschaltgerätes ist, die Stromstärke zu limitieren.
• Beim Einschalten einer Gasentladungslampe ist der elektrische
Widerstand im Gas zwischen den Elektroden oftmals zu groß, um
genügend Elektronen freizusetzen und damit den Entladungsprozess in Gang zu bringen. Das Vorschaltgerät verursacht nun
kurzfristig eine höhere elektrische Spannung, wodurch die Entladung startet und die Lampe leuchtet. In dieser Funktion versteht
man das Vorschaltgerät als »Starter«.
• Damit eine Gasentladungslampe mal mehr und auch mal weniger
Licht liefern kann, sollte sich die zugeführte elektrische Energie
regeln lassen. Diese Änderung der Energiezufuhr ist auch eine
Funktion des Vorschaltgerätes, welche man als »dimmen« bezeichnet.
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Bild 32: Moderne, energiesparende Kompaktleuchtstofflampen
sind genauso groß und bieten die gleiche Beleuchtungsqualität
wie herkömmliche Glühlampen, jedoch mit einem Bruchteil des
erforderlichen Energieverbrauchs. Links die erste SL-Lampe, die
Anfang der 80er Jahre auf den Markt gebracht wurde; rechts ein
neueres Modell, die Softone 6yrs
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die sie ersetzte, eine zehnmal längere Lebensdauer. Trotz der
hohen Anschaffungskosten ließen sich mit der SL die Gesamtbetriebskosten für die Beleuchtung auf die Hälfte reduzieren.
Ein weltweiter Trend ist die Miniaturisierung dieser Lampen. Durch die Reduzierung des Materialaufwands und der
verwendeten Bauelemente lassen sich der Rohmaterial- und
Energieverbrauch bereits an der Quelle verringern. 1995
wurde die Leuchtstofftechnologie der so genannten 3-Bandenlampen eingeführt, was folgende Vorteile bietet:
• der Lichtverlust durch Alterung sinkt erheblich,
• die Nutzlebensdauer von Leuchtstofflampen steigt und
• notwendige Lampenwechsel reduzieren sich.
Eine bedeutende Entwicklung auf dem Gebiet der Miniaturisierung war 1995 die Einführung der TL5-Slimline-Leuchtstofflampe. Einerseits hat diese 16-mm-Lampe einen hohen
Leuchtenwirkungsgrad und andererseits reduziert sich durch
die schlanke Bauform der Glasverbrauch bei der Fertigung um
mehr als die Hälfte.
Einhergehend mit der Miniaturisierung und inspiriert
durch das wachsende Umweltbewusstsein in unserer Gesellschaft wurde ein neues Ziel festgelegt und auch erreicht, die
Reduzierung schädlicher Stoffe bei der Herstellung und im
Endprodukt. Blei (in Glas und Lötzinn) und Quecksilber spielen eine wichtige Rolle in der Lampentechnik. Die Verringerung des Quecksilbergehalts auf weniger als 1,5 mg je Lampe
bei der TL-D Super 80 stellte einen entscheidenden Durchbruch dar (Bild 33). Quecksilber wird nicht nur in TL-Lampen
verwendet, sondern auch in den meisten Hochdruck-Gasentladungslampen. Mit der Markteinführung der quecksilberfreien SON-Lampe 1999 war es gelungen, eine zu 100 %
quecksilberfreie Hochdruck-Gasentladungslampe herzustellen.
Gleichzeitig verzichtete man auf den Einsatz von Blei beim
Löten von Sockeln für Gasentladungslampen.
In den letzten Jahren eröffneten die Fortschritte bei der
Festkörper- oder LED-Technik neue Perspektiven für die
Beleuchtungsindustrie. Die Festkörper-Beleuchtungstechnik
verspricht eine völlig neue miniaturisierte, hochwertige und im
ELEKTROINSTALLATION
Bild 34: Im Vergleich zu früheren elektromagnetischen Schaltkreisen (unten) bieten elektronische HF-Vorschaltgeräte (oben)
u. a. Energieeinsparungen von mindestens 25%
nation mit den so genannten OLC-Optiken2) für Büroräume
gilt als wichtiger Schritt, damit jedes Lumen an Lampenlicht
auch tatsächlich wirkungsvoll genutzt werden kann.
Höhere Lichtausbeuten und effizientere Leuchten reichen
allein jedoch nicht aus. Sie müssen Teil eines Gesamtkonzeptes
zum Schutz der natürlichen Ressourcen der Welt sein. Lichtregelsysteme ermöglichen massive Energieeinsparungen,
manchmal bis zu 50 %. Beleuchtungsmanagementsysteme, bei
Bild 33: TL-D/80 Lampen mit »grünem Sockel« haben einen sehr niedrigen Quecksilberanteil und sind vollständig recyclingfähig
Strahlengang energiesparende weiße Lichtquelle, die UV- und
wärmefrei arbeitet und eine sehr lange Systemlebensdauer hat
(> 50 000h).
Neben den Fortschritten bei der Lampenherstellung – hin
zu niedrigerem Energieverbrauch, längerer Nutzlebensdauer,
größerer Lichtausbeute der Lampen und verbessertem Beleuchtungskomfort – entwickelten sich auch die Leuchten weiter.
Neue elektronische HF-Vorschaltgeräte und Regeleinheiten
ermöglichen eine Energieeinsparung von mindestens 25 %
gegenüber den herkömmlichen elektromagnetischen Schaltkreisen (Bild 34). Jedes dieser Vorschaltgeräte, die für einen
störungsfreien Betrieb mit einer breiten Auswahl an Leuchtstoff-, Kompaktleuchtstoff- und Hochintensitätsentladungslampen entwickelt wurden, hat seinen eigenen Anwendungsbereich. Das Erscheinen der speziellen TL5-Leuchten in Kombi-
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denen die Innenbeleuchtung mit allen anderen Anlagen verbunden wird, kommen der heutigen Nachfrage nach einem
äußerst flexiblen, energieeffizienten Gebäudemanagement entgegen. Und mit neuen Entwicklungen auf dem Gebiet der
Telemanagementsysteme werden wir bald in der Lage sein, das
Beleuchtungsschema einer ganzen Stadt zu verwalten und zu
steuern, von einer einzelnen Leuchte oder Ampel bis hin zum
gesamten Ballungsgebiet.
(Ende des Beitrags)
2) OLC: Omnidirectional Luminance Control
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GRUNDLAGEN
Spannungsteiler und Gleichstromnetzwerke
Durch Umstellen folgt:
Helmuth Biechl
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit dem Spannungsteiler
(2)
und zeigt, wie man auf die mathematischen, als Spannungsteilerregeln bezeichneten Beziehungen kommt.
Weiterhin wird erklärt, wie sich mit Hilfe des ohmschen
Gesetzes sowie der beiden kirchhoffschen Gesetze ein
Gleichstromnetzwerk berechnen lässt.
Wir haben im Beitrag »Stromkreis und Zählpfeile« (»de«
7/2007, S. 97) die kirchhoffschen Gesetze kennen gelernt und
auch gesehen, wie man mit Zählpfeilen umgeht. Wir wollen im
Folgenden zeigen, wie wir mit diesen Regeln und dem ohmschen Gesetz einfache Gleichstromnetzwerke untersuchen können.
Bei Gl. (2) handelt es sich um die so genannte Spannungsteilerregel. Sie besagt: An einem Spannungsteiler verhält sich
die Teilspannung zur Gesamtspannung wie der Teilwiderstand zum Gesamtwiderstand.
Für U1 (Spannung am Widerstand R1) lässt sich mit Gl. (1)
ansetzen:
(3)
Durch Umstellen folgt für Gl. (3):
Die Spannungsteilerregel
Der Spannungsteiler in Bild 1 besteht aus den beiden in Reihe
geschalteten Widerständen R1 und R2 und der idealen Spannungsquelle Q mit der Quellenspannung Uq. Die Spannung U2
Somit verhalten sich die Teilspannungen U1 und U2 wie folgt
zueinander:
I1
U1
Betrachten wir dazu ein Beispiel:
Gegeben: Uq = 12 V, R1 = 8 Ω, R2 = 4 Ω
Gesucht: I, U1, U2
Lösung:
Mit Gl. (1):
R1
IL = 0
Q
Uq
U
R2
U2
Mit Gl. (3):
Bild 1: Spannungsteiler
Mit Gl. (2):
wird am Widerstand R2 abgegriffen. Zu beachten ist der nicht
belastete Ausgang des Spannungsteilers, d. h., der Laststrom
beträgt IL = 0 A. Nun kann man sich fragen, wie die Ausgangsspannung U2 von der Eingangsspannung U sowie den
Widerständen R1 und R2 abhängt. Als Erstes bestimmen wir
mit Hilfe des ohmschen
R1
I1Gesetzes den
R3 Strom
I3 I:
I2
Die Summe der Teilspannungen U1 und U2 ergibt wieder die
Gesamtspannung, d. h. die Spannung Uq der Quelle. Das ist
letztlich die Konsequenz der kirchhoffschen Maschenregel, die
lautet:
(1)
AlsUq zweiten Schritt
bestimmenR2 wir den Spannungsfall
Q
UL
RL am
Widerstand R2, und zwar ebenfalls mit dem ohmschen Gesetz.
Es ergibt sich mit Gl. (1):
Somit ließe sich U2 auch folgendermaßen berechnen:
U2 = Uq – U1 = 12 V – 8V = 4 V
Spannung am Spannungsteiler einstellen
Prof. Dr.-Ing. Helmuth Biechl, Werner-von-Siemens-Labor für
elektrische Antriebe und Mechatronik, Fachhochschule Kempten
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Angenommen, sowohl die Teilspannung U2 als auch der Strom
I sollen einen bestimmten Wert annehmen. Dann gilt es, die
beiden Widerstände R1 und R2 einzustellen. Betrachten wir
auch dazu ein Beispiel:
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R2
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U2
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GRUNDLAGEN
Gegeben: Uq = 18 V, I = 10 mA, U2 = 12 V
Gesucht: R1, R2
Lösung: Wieder formen dazu Gl. (1) etwas um:
R1
I1
R3
I3
I2
Uq
Q
R2
UL
RL
(4)
Gl. (4) ist die erste Gleichung, die erfüllt sein muss (Wir benötigen zwei Gleichungen, denn es gibt zwei Unbekannte, nämlich R1 und R2). Dazu nehmen wir Gl. (2); sie lautet:
Bild 2: Einfaches Gleichstromnetzwerk mit zwei Maschen zum
Aufstellen der Maschengleichungen
(5)
und erhalten für Gl. (8):
Wir können nun Gl. (4) in Gl. (5) einsetzen und erhalten:
(10)
Wenn wir jetzt Gl. (7) und (10) betrachten, so liegen nur noch
zwei Unbekannte vor, nämlich I1 und I2 – damit sind wir schon
ein erhebliches Stück weiter. Aus Gl. (10) folgt:
(11)
(6)
Nun setzen wir Gl. (11) in (7) ein und eliminieren dadurch
auch noch I2:
Es ergibt sich mit Gl. (6) und den gegebenen Werten:
Durch Umstellen von Gl. (4) folgt für R1:
(12)
Probe:
Gl. (11) liefert dann I2:
(13)
und mit Gl. (9) lässt sich I3 berechnen:
Berechnungen bei einem Gleichstromnetzwerk
I3 = I1 – I2
Bild 2 zeigt ein Gleichstromnetzwerk mit der Spannungsquelle
Q, den drei Widerständen R1, R2 und R3 sowie einem an den
Klemmen angeschlossenen Lastwiderstand RL. Gesucht seien
die Ströme I1, I2 und I3 sowie die Spannung UL, die sich an den
Klemmen einstellt. Wir setzen zunächst zwei Maschengleichungen an:
M1: –Uq + R1 · I1 + R2 · I2 = 0
M2: –R2 · I2 + R3 · I3 + RL · I3 = 0
(7)
(8)
In Gl. (7) und (8) treten insgesamt drei Unbekannte auf, nämlich I1, I2 und I3. Aus der Mathematik weiß man, dass immer
so viele Gleichungen benötigt werden, wie Unbekannte vorliegen. Mit anderen Worten, es fehlt noch eine Gleichung. Hierzu
setzen wir die kirchhoffsche Knotengleichung an:
I1 – I2 – I3 = 0
Für UL können wir ansetzen:
UL = I3 · RL
(15)
Wir betrachten hierzu ein Zahlenbeispiel:
Gegeben: Uq = 12 V, R1 = 4 Ω, R2 = 6 Ω, R3 = 2 Ω, RL = 5 Ω
Gesucht: I1, I2, I3, UL
Lösung:
Mit Gl. (12):
Mit Gl. (13):
(9)
Jetzt müssen wir die drei Unbekannten durch geschicktes Einsetzen bestimmen. Hierzu ersetzen wir in Gl. (8) den Strom I3
durch
I3 = I1 – I2
98
(14)
Mit Gl. (14):
I3 = 1,66 A – 0,89A = 0,77 A
Mit Gl. (15):
UL = 0,77 A · 5 Ω = 3,85 V
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GRUNDLAGEN
Kleines Einmaleins der Messtechnik [ 3 ]
Thomas Buchner
Befassten sich die ersten beiden Teile des Beitrags mit
analogen und digitalen Multimetern, mit deren Genauigkeit und den auf ihnen angegebenen Messkreiskategorien,
geht es in diesem letzten Teil des Beitrags um die Tücken
beim Messen an elektronischen Geräten. Beispielhaft
werden Messungen am Niedervolt-Halogen-Transformator, Dimmer und Frequenzumrichter vorgestellt.
Bild 9: Verschiedene Multimeter an einem elektronischen Vorschaltgerät mit 11,8 V Sekundärspannung laut Typenschild – das
digitale Multimeter Fluke 189 misst richtig (nämlich 11,767 V), das
links daneben nicht
In diesem Beitrag wollen wir folgendes Phänomen untersuchen: Misst man die Spannung an einem elektronischen
Niedervolt-Halogen-Transformator mit zwei unterschiedlichen
Thomas Buchner, Technical Customer Support, Seminarleiter,
Fluke Deutschland GmbH, Bereich Electrical
Fortsetzung aus »de« 7/2007, S. 95
Bild 11: Total unterschiedliche Messwerte bei zwei Multimetern,
wobei der Dimmer (mit Thyristor) auf das kleinstmögliche Helligkeitsniveau eingestellt wurde; das Scopemeter 196C von Fluke
zeigt den Phasenanschnitt
Multimetern, kann es passieren, dass die beiden Messwerte
völlig voneinander abweichen (Bild 9). Um die Frage zu klären,
wie das sein kann, sollte man bedenken:
• Elektronische Vorschaltgeräte takten die Spannung im kHzBereich (Bild 10),
• dementsprechend muss das eingesetzte Multimeter die Spannung in dieser Bandbreite verlässlich messen können.
Kommen wir nochmals auf Bild 9 zurück: Das dort dargestellte Multimeter Fluke 189 misst die Spannung als Echt-
Bild 10: Nicht sinusförmige Ausgangsspannung eines elektronischen Vorschaltgerätes für eine Niedervolt-Halogenbeleuchtungsanlage
(li.) und Ausschnittvergrößerung (re.); im Ausschnitt erkennt man die mit 41,2 kHz gepulsten Spannungspakete
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GRUNDLAGEN
BERICHTIGUNG
Im Beitrag »Von der Verknüpfungs- zur Ablaufsteuerung« in »de«
1-2/2007 wurden auf S. 100 im Text und in der Bildunterschrift von
Bild 10 aus Versehen die zurückgezogenen Normen DIN 40700 bzw.
DIN 40719 zitiert. Das Zitat bezieht sich auf den Ablaufplan der
Schrittkette und die Programmiersprache bei speicherprogrammierbaren Steuerungen, die im Beitrag angewendet sind.
Grundlagen für Ablaufpläne beschreiben die aktuellen Normen
DIN EN 60848 sowie DIN EN 61131-3. Die DIN EN 61131-3 behandelt
auch die Programmiersprache FBS (FUP) als Funktionsbausteinsprache. Der Beitrag hält sich mit der Darstellung des Ablaufplanes (Bild
15) und der Befehlsstrukturen (Aktionen) in den Bildern 11 bis 14 an
die DIN EN 61131-3.
Bild 12: Immer noch unterschiedliche Messwerte bei zwei Multimetern, wobei der Dimmer (mit Thyristor) auf das größtmögliche Helligkeitsniveau eingestellt wurde; das Scopemeter 196C
von Fluke zeigt den Spannungsverlauf dabei
Effektivwert (TRMS) bis 100 kHz zuverlässig (Crestfaktor = 3
bei Vollausschlag und 6 bei Halbausschlag). Das andere
Multimeter ohne TRMS-Messverfahren misst die Spannung
lediglich bis 400 Hz (Crestfaktor = √2) – dieses digitale Multimeter ist also nur in der Lage, rein sinusförmige Verläufe richtig messen.
Praxis: Messprobleme bei Frequenzumrichtern
Frequenzumrichter werden in der Industrie seit ca. 20 Jahren
zum stufenlosen Regeln der Drehzahl von Maschinen und
Motoren eingesetzt. Sie produzieren nur einen scheinbar sinusförmigen Frequenzgang (z. B. 10Hz bis 1kHz, Bild 13). Auch
der an einem Frequenzumrichter gemessene Ableitstrom verläuft nicht sinusförmig (Bild 14), sondern ist je nach Bauart des
Frequenzumrichters durch gepulste Strompakete gekennzeichnet, dessen Frequenz einige kHz beträgt.
Bild 13: Messung in einem Verteiler mit Frequenzumrichter (li.) und verschiedene Ausschnittvergrößerungen
Praxis: Messprobleme bei Dimmerschaltungen
Fazit
Immer, wenn nicht sinusförmigen Spannungen im Spiel sind,
lassen sich keine einfachen Messgeräte verwenden. Zu ähnlichen Messverfälschungen wie bei elektronischen Vorschaltgeräten kann es auch durch Thyristoren kommen, die in fast
jeder per Dimmer regelbaren Beleuchtungsschaltung eingebaut
sind. Selbst wenn der
Dimmer auf das geringste Helligkeitsniveau eingestellt wird, verursacht
der Thyristor immer
noch einen messbaren,
wenn auch kleinen Phasenanschnitt (Bild 11),
der das Multimeter ohne
TRMS total falsche
Werte produzieren lässt.
Die Werte der beiden
Multimeter nähern sich
übrigens umso mehr, je
Bild 14: Auch der Ableitstrom bei
mehr der Dimmer aufgeeinem Frequenzumrichter verläuft
dreht wird (Bild 12).
nicht sinusförmig
Wie in »de« 6/2007 auf S. 99 beschrieben, unterliegt das richtige Messergebnis einer Reihe von unterschiedlichen Einflussfaktoren, die das Messergebnis zum Teil erheblich beeinflussen
und dementsprechend auch verfälschen können. Hier sind folgende messtechnische Gegebenheiten zu berücksichtigen, die
das Messgerät erfüllen muss:
• Echt-Effektivwert (TRMS),
• Scheitel- bzw. Crestfaktor,
• Frequenzbereich und
• Genauigkeit
Ob Spannungsmessungen an elektronischen Vorschaltgeräten,
an Dimmern oder an Frequenzumrichtern, all das kann mitunter Tücken haben, genauso wie eine Strommessung bei einem
Frequenzumrichter. Es gilt also, im Vorfeld das richtige Messgerät auszuwählen, eines mit den passenden Spezifikationen.
Denn einfache Messgeräte eignen sich nicht zum Messen von
nicht sinusförmigen Spannungen.
(Ende des Beitrags)
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