"Wer viel mißt, mißt (viel zu oft) Mist !"
- Ein Leistungs- Stecker-Meßgerät in Echtzeit mit 0,1% Genauigkeit
Juli 2022 - Das ist der Spruch der Meßingenieure von vor 50 Jahren oder noch länger. Doch es hat sich einiges geändert und es hat sich verbessert.
Die Meßgeräte (insgesamt) sind in den letzten 30 Jahren bezüglich der Genauigkeit erheblich verbessert worden und sie sind für normale Menschen erschwinglich geworden. Manche professionellen Meßgeräte lagen damals durchaus um die 35.000 D-Mark, und das war für mich und viele andere Jung-Ingenieure völlig indiskutabel.
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- Bei diesem Verbrauch spielen z.B. 1% Fehler keine Rolle mehr
Die heutigen Spannungsmesser für Wechselspannung und Gleichspannung (sogar im Low-Cost Bereich) haben 2 oder 3 Nachkommastellen und das mit zum Teil 0,1% Genauigkeit und es stimmt sogar.
Die Messungen von Wechselspannung und auch Wechsel- spannungs-Leistung ist in einem Chip integriert worden und so sind die sogenannten "VA" Messungen heute auf ca. 0.1% Genauigkeit möglich.
Die abgegebene Gleichspannungs-Leistung (auf der Sekundärseite des Trafos) ist dagegen recht einfach zu ermitteln, "Volt x Strom" und das ist es dann (fast).
Bei der Messung von hohen Strömen baucht man nicht nur "dicke" Meß-Leitungen sondern es muß (sollte) auch ein Oszilloskop mit angeschlossen sein, ob die Gleich-Spannung "ganz oben" auf dem Bildschirm keinen Sägezahn (wir sprechen von "ripple") zeigt, weil (zum Beispiel) die Sieb- oder Glättungs-Elkos zu klein dimensioniert sind.
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Wozu brauchen wir das alles ?
- Links der große Haupt-Trafo, rechts der kleine Hilfstrafo - Der Hilfstrafo ganz rechts verbraucht 3,7 Watt !
Die elektrische Energie kostet in 2022 - und von jetzt an - richtiges Geld. Der Strom aus der Steckdose wird ja irgendwo aus einer anderen Energieform (Wind, Öl, Gas, Kohle oder Uran) umgewandelt, in unseren sogenannten Kraft-Werken.
Und die schlafenden Verbraucher (als Beispiel der kleine Hilfstrafo rechts im Bild) , die rund um die Uhr nahezu unsichtbar ihre 5 oder 10 oder sogar 20 Watt (VA) "haben" wollen - obwohl sie eigentlich gar nicht "an" sind - , die sind nicht nur ein Ärgernis, sie sind inzwischen teuer und in wenigen Jahren unbezahlbar.
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Die Trafos und Netzteile müssen auf den Prüfstand ....
Bei den Netzteilen haben wir die konventionellen Trafo-Netzteile (seit dem Beginn der Nutzung der Elektrizität) und die moderneren Schaltnetzteile (seit etwa 1964).
Beide Netzteile haben Vorzüge und Schwächen. Die interessieren bei unseren Messungen erstmal nicht. Wir haben unser Augenmerk auf die Effizienz des Gerätes an sich gelegt.
Es stellen sich da mehrere Fragen ;
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- Leerlauf-Leistungsaufnahme des Netzteils (in VA)
- Leerlauf-Leistungsaufnahme des geamten Gerätes (in VA)
- Leistungsaufnahme bei unterschiedlichen Auslastungen / Belastungen
- Leistungsaufnahme bei Vollast (nach den propagierten Daten)
- Leistungsaufnahme bei Überlast (oberhalb der erlaubten Daten)
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Wie messe ich einen unbekannten Trafo durch ?
- aus einer Brother Schreibmaschine
Von den allermeisten Trafos in den historischen Hifi-Geräten haben wir nur wenige Daten, die uns beim Messen unterstützen könnten. Viele Trafos stammen noch aus der 220 Volt Zeit, das war von vor 1991.
Die (primäre) Leistungsaufnahme eines nackten Trafos (oder auch eines Schaltnetzteils) am 230 Volt Netz zeigt unser Steckdosen-Meßgerät auf ca 1% genau an. Aber was ist mit der Belastung auf der Sekundärseite ? Dazu müssen die Messungen vergleichbar sein.
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- Unser Referenz-Meß-Gleichricter
Denkfehler und Hinkefüße beim Messen gibt es öfter
Unsere professionelle elektronische Last kann nur Gleichströme messen und die zugehörigen Gleichspannung anzeigen. Also brauche ich ein verbindendes Element zwischen dem Trafo und der Last - einen Referenzgleichrichter -, der mit fast allen Trafos funktioniert, sodaß ich vergleichbare Werte erhalte.
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Auch der Hochstrom-Gleichrichter muß gekühlt werden
- Für ganz dicke Ströme geeignet
- der schwarze - unser Kühlkörper
- Der Original-Kühlkörper aus einem 2000 Watt (VA) Schaltnetzteil
Zu diesem Zweck haben wir einen stromstarken Brücken- gleichrichter mit den Grenzwerten 600 Volt und 35 !!! Ampere mit einer 100 Volt (und 8000 uF) Elko-Batterie in Reihe geschaltet.
Mit dieser Gleichrichter-Platine (es ist unsere Eigen- konstruktion) messen wir alle Trafos (teilweise wiederholt) gleichermaßen durch, weil wir bislang noch keinen Trafo haben, der sekundär mehr als 100 Volt und 35 Ampere liefert (das wären volle 3,5 KW).
Der Spannungsabfall bzw. Spannungsverlust dieses Referenz- gleichrichters ist jetzt überall gleich "klein" bzw. "groß". Es sind dazu dicke Leitungen auf der Unterseite der Platine "verlegt".
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Wir müssen nämlich beachten, daß an den Dioden des Gleichrichters auch kleine Spannungsabfälle vorhanden sind, die sich bei größeren Strömen deutlich bemerkbar machen.
An einer Silizium Diode gibt es immer einen Spannungs- abfall von 0,7 Volt. Bei einem Brückengleichricher haben wir 2 solcher Dioden, also 1,4 Volt Spannungsabfall. Bei kleinen Strömen ist das (messtechnisch) fast vernachlässigbar und es braucht auch keinen Kühlkörper. Bei Strömen oberhalb von 4 oder gar 10 Ampere ist das nicht mehr trivial.
Nicht nur, daß dieser Spannungsabfall die Meßergebnisse mehr oder weniger stark verfälscht. Der Gleichrichter (mit den 4 Dioden im Inneren) wird auf einmal glühend heiß und braucht dann doch einen eigenen großen Kühlkörper - wie in den Bildern rechts.
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Wie erkenne ich die Leistungs-Grenzen eines Transformators ?
- Ein 12V - 60 VA Trafo als Proband mit dem Gleichrichtermodul
Relativ selten haben wir auf dem Trafo einen Aufdruck wie z.B. 40 Volt~ / 4 Ampere. Die Trafos in den Verstärkern und Receivern schmücken sich mit klingenden Marketing-Bezeichnungen, die uns nicht weiter helfen.
Da hilft unsere elekronische Last, die zwei Dreh-Potentiometer für den Last-Strom bereitstellt. Mit dem ersten stellt man den Laststrom ganz grob in 5A Stufen ein und das zweite Poti ermöglicht die relativ genaue Feineinstellung mit einer Nachkommastelle - insgesamt bis max. 99,9 Ampere.
Sinkt also die Sekundärspannung ab einer bestimmten Stromstärke gravierend ab, ohne daß sich der Strom noch nennenswert steigern läßt, ist die Grenze der Sekundär-Belastung erreicht. Diese Messung muß dann natürlich recht schnell geschehen, damit nicht gleich Rauch aufsteigt.
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Es gibt leider auch Trafos, auf denen ab Fabrik Werte aufgedruckt sind, die der Trafo gar nicht erreicht. Auch das wird dann im jeweiligen Artikel festgehalten und bemängelt.
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Jetzt erst kann ich die Messungen der Geräte beginnen
Ist der Trafo bzw. das Netzteil mit einem Leistungs-Verstärker oder Receiver verbunden, beginnen die Effizienztests unter realen Bedingungen.
Der Verstärker wird so lange mit einem Sinus-Signal mit ansteigendem Pegel gefüttert, bis er an unseren Meßwiderständen ins Clipping übergeht, also der Klirrfaktor sichtbar ansteigt. Das wird in der Regel bei niedrigen Frequenzen angefangen, die das Netzteil besonders belasten.
Bei dieser Messung spielt die (1%) Genauigkeit keine große Rolle. Es geht um den glaubwürdigen erkennbaren Vergleich der aus dem 230V Netz aufgenommenen Leistung in Watt (VA) und der abgegebenen Leistung in Watt. Alles dazwischen sind unserer Verluste, die uns interessieren. Und ob das jetzt auf 1% oder auf 3% genau ist, kann auf jeden Fall die Größenordnung nicht mehr verschleiern.
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