Jetzt wird gemessen. Rechne jeden Fall vorher, die Vorhersage ist der eigentliche Prüfstein.

Schritt 3 von 4. Du findest heraus, warum der Eingang lügt, und machst den Strom der Anlage messbar.

Danach: Rechenwege und Lösungen

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Rechne alle Fälle, bevor du misst. Wer erst misst und dann rechnet, rechnet sich die Messung schön.

Am Ende hast du: Nachweis des Eingangsverhaltens und Auslegung der Strommessung

Gegebene Werte · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte

Teiler
deine Werte aus Aufgabe 1.1, mit U0 und Ri aus Aufgabe 1.1 a und 1.1 c
Lastwiderstände
100 kΩ · 47 kΩ · 22 kΩ · 10 kΩ · 4,7 kΩ · 1 kΩ · 100 Ω
Prüfstand
Shunt 0,1 Ω im Lastkreis, höchstens eine Last gleichzeitig, Laststrom bis 1,5 A
Anlage
Stromwandler 50 A1 A, Motornennstrom IN = 41 A, Anlaufstrom bis etwa zum Sechsfachen
Umsetzer
empfohlener Bereich 0,15 V bis 2,45 V, nur positive Spannungen, nie mehr als 3,3 V am Eingang
Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Nachweis des Eingangsverhaltens und Auslegung der Strommessung

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • das Ersatzschaltbild des Teilers mit gerechneten und gemessenen Werten
  • die Beurteilung des Modells anhand der Abweichungen
  • die Erklärung des zu niedrigen Messwerts mit zwei Abhilfen
  • die Auslegung von Shunt und Stromwandler mit Begründung für beide Einsatzorte

Zur Dokumentation

Die Messwerttabelle gehört dazu, nicht nur die Rechnung. Wo Messung und Rechnung auseinandergehen, steht ein Satz, weshalb.

Abgenommen wird es im Kreuzreview durch das andere Team und danach von der Projektleitung abgezeichnet.

Aufgabe 1.3 · Warum der Eingang lügt · Aufgabe 1.4 · Den Strom messbar machen

Erst du, dann die anderen

Wie misst du den Strom? Vorgegeben ist weder das Verfahren noch der Messort.

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Shunt in der Masseleitung. Billig und genau, das Messsignal liegt aber auf Masse und der Shunt liegt im Rückweg aller Ströme.
  • Shunt in der Zuleitung, mit Differenzverstärker. Sauberer Messort, braucht aber einen Verstärker, der die Gleichtaktspannung verträgt.
  • Stromwandler oder Hallsensor. Potentialgetrennt und ohne Verlustleistung im Hauptstrom, dafür teurer und bei Gleichstrom nur mit Hallsensor möglich.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb. In deinem Betrieb hat sich vielleicht ein anderer durchgesetzt: dann schreib auch das dazu.

Aufgabe 1.3 a

Beschreibe deinen Teiler als Ersatzspannungsquelle:

  • Zeichne das Ersatzschaltbild.
  • Berechne die Spannung, die sich einstellt, wenn der Ausgang mit den Lastwiderständen aus der Karte oben belastet wird.
  • Trag deine Werte in die Spalte „gerechnet“ ein.
RL Ua gerechnet Ua gemessen Abweichung in %
100 kΩ
47 kΩ
22 kΩ
10 kΩ
4,7 kΩ
1 kΩ
100 Ω

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Ersatzspannungsquelle · Belasteter Spannungsteiler

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 1.3 b

Miss dieselben Fälle am Prüfstand nach:

  • Trag die Messwerte in die Tabelle ein.
  • Berechne je Fall die Abweichung zwischen Rechnung und Messung.
  • Beurteile, was das Ergebnis über das Modell der Ersatzspannungsquelle aussagt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Messabweichung

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 1.3 c

Der Eingang des Umsetzers gilt als hochohmig. Trotzdem zeigt der ESP32 an deinem Teiler einen zu niedrigen Wert.

Geh der Ursache nach:

  • Erkläre, woran der zu niedrige Wert liegt.
  • Nenne zwei Abhilfen.
  • Halte fest, was das Datenblatt zum Eingang und zum Quellwiderstand angibt und was nicht.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Eingangswiderstand · Quellwiderstand · Datenblatt

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 1.4 a

Den Strom messbar machen. Am Prüfstand wird der Strom über einen Shunt erfasst.

Lege die Strommessung am Prüfstand aus:

  • Berechne die Spannung am Shunt bei 0,5 A.
  • Berechne die Spannung am Shunt bei 1,5 A.
  • Berechne die Verlustleistung am Shunt bei 1,5 A und wähle eine Bauform.
  • Bestimme die Verstärkung, die das Shuntsignal bei 1,5 A auf 2,25 V bringt, damit bis zur Grenze des empfohlenen Bereichs eine Reserve bleibt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Shunt · Verlustleistung · Verstärkung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 1.4 b

An der Anlage misst ein Stromwandler 50 A1 A den Motorstrom.

Lege die Bürde des Stromwandlers aus:

  • Berechne für den Bürdenwiderstand 1 Ω Spannung und Verlustleistung beim Nennstrom.
  • Berechne dasselbe für 2,2 Ω.
  • Entscheide dich für einen Wert. Berücksichtige dabei, dass der Wandler eine Wechselspannung liefert, der Umsetzer aber nur positive Spannungen im empfohlenen Bereich verarbeitet.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Stromwandler · Bürde

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 1.4 c

Begründe, weshalb am Prüfstand ein Shunt reicht und die Anlage einen Stromwandler braucht:

  • Nenne den ersten Grund.
  • Nenne den zweiten Grund. Es gibt zwei, nicht einen.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Shunt · Stromwandler · Potentialtrennung

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Die Lage ändert sich

Der Betrieb will das Modul auch an einer zweiten Maschine einsetzen, deren Motor 120 A zieht. Die Elektronik soll dieselbe bleiben.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Prüfe, welcher deiner beiden Messwege das hergibt.
  • Nenne, was am Modul geändert werden muss und was nicht.
  • Beurteile, ob eine gemeinsame Ausführung für beide Maschinen sinnvoll ist.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.

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