Stromverbrauch - Leistungsmessung

Leistungsmessung

Man muß Strom und Spannung über die Zeit miteinander multiplizieren.

http://www.wer-weiss-was.de/theme59/article765131.html

Fehlt nur ein Schaltplan. Energiekostenmeßgeräte sind aber auch billig zu kaufen.

Grüße
On

Dankeschön, On,

habe mich inzwischen auch soweit eingelesen, daß man einen 4-Quadranten-Multiplyer braucht, aber das scheint alles kein Zeug zu sein, das man mal so nebenher zusammenstricken kann.

Vermutlich werde ich die Idee erst mal zurückstellen, denn: was tue ich denn, wenn ich z.B. rauskriege, daß mein PC-Netzteil bisschen viel schluckt. Schmeiße ichs dann weg?

Grüße, Hmeck

Moin,

die Energiekostenmessgeräte kann man idR wegschmeißen, wenn es um niedrige Standby-Verbräuche geht.

Die Sache mit dem PC ist gar nicht so verkehrt. Natürlich muss man sowohl Spannung (direkt) als auch Strom messen (entweder Zange oder Shunt). Mit dem PC zu messen hat auch noch weitere nette Möglichkeiten: z. B. eine FFT-Analyse, um zu sehen, was das Gerät für Schmutz auf die Netzleitung absondert (bzw. vor allem, was sich an Schmutz auf der Netzleitung ohnehin tummelt).

Übrigens, für die etwas professionelleren hier, ein recht tauglicher Leistungsmesser: http://www.infratek-ag.com/homepage/106A.htm Nicht zu teuer, ausreichend genau (Unsicherheitsanalyse hat weniger als 0,5% bei <1W ergeben) und ziemlich schnell.

Cpt.

Hallo Cpt._Baseballbatboy,

Danke für den Beitrag, bin Deinen Links gefolgt. Das bisschen, das ich verstanden habe, war recht interessant und und es freut mich, daß du eine meiner Ideen, die PC-Verwendung, für aussichtsreich einschätzt.

Was mich betrifft, so würde ich das Interface zur Soundkarte sicherlich hinkriegen, ohne mich selbst oder die Eingänge des PC wegzublasen, und auch eine korrekte Aufnahme der Ergebnisse wäre machbar. Das wäre etwa der Aufwand, (paar OP-Amps, Spannungsteiler /Trafo) den ich insgesamt treiben wollte.

Ich wüsste sogar noch, wie es in weiter ginge: In Audacity etwa mittels der eingebauten (Lisp-ähnlichen Programmiersprache) "Nyquist" ein eigenes Plugin schreiben, welches die entsprechenden Berechnungen anstellt. Vorher müsste man testen, ob die Soundkarte im tiefen Frequenzbereich überhaupt noch brauchbar für eine halbwegs vernünftige Aufnahme ist. (bzw ob man frequenzgang- und phasenmäßg entsprechend kompensieren kann) Nach oben hin kann ja vermutlich bei ein paar 100 Hz Schluss sein.

Allerdings ist die mathematische Behandlung des Problems komplett außerhalb meiner Möglichkeiten.

Trotzdem interessant, das mal zu durchdenken

Grüße, Hmeck

Moin,

Hmeck schrieb:

Ich wüsste sogar noch, wie es in weiter ginge: In Audacity etwa mittels der eingebauten (Lisp-ähnlichen Programmiersprache) "Nyquist" ein eigenes Plugin schreiben, welches die entsprechenden Berechnungen anstellt.

ich wusste noch gar nicht, dass da so etwas in Audacity drin ist. Fraglich, ob die Sprache da wirklich für geeignet ist.

Alternativ wäre die Verwendung von Matlab (oder die OSS-Varianten Scilab oder Octave). Oder schau in meine Signatur. Damit geht es auch. Besonders mit der kommenden Version, die in nicht all zu ferner Zeit fertig sein sollte (dann aber Audio-I/O nur unter OpenBSD und vermutlich NetBSD).

Vorher müsste man testen, ob die Soundkarte im tiefen Frequenzbereich überhaupt noch brauchbar für eine halbwegs vernünftige Aufnahme ist. (bzw ob man frequenzgang- und phasenmäßg entsprechend kompensieren kann)

Sollte eigentlich kein Problem sein. Korrektur lässt sich mit einer Loopback-Messung ermitteln. Phasenlage ist, außer den Kanaldifferenzen, irrelevant, weil sowohl Spannung als auch Strom die gleiche Verschiebung erhalten.

Allerdings ist die mathematische Behandlung des Problems komplett außerhalb meiner Möglichkeiten.

Kein Problem. Zuerst die Scheinleistung: von Spannung und Strom den Effektivwert bestimmen und beide miteinander multiplizieren. Das nutzt aber keinem etwas.

Wenn es nur lineare Verbraucher wären, könnte man einfach Spannung und Strom an jedem Sample miteinander multiplizieren. Die Wirkleistung ist dann der arithmetische Mittelwert des Resultats.

Dumm nur, dass wir es normalerweise nicht mit linearen Verbrauchern zu tun haben. Daher müssen wir ein wenig Signalverarbeitung betreiben.

Nicht-lineare Lasten verursachen Oberwellen, vor allem im Strom (in der Spannung eher wenige). Diese Oberwellen werden nicht zur Wirkleistung gerechnet, also müssen wir die Grundwellen sowohl von Spannung als auch Strom extrahieren. Dazu verwenden wir eine gekürzte DFT.

Dazu brauchen wir so viele Samples, dass eine ganze Anzahl an Perioden der Grundwelle hineinpasst. Bei 50 Hz bieten sich da z. B. 8000 Samples ab. Bei der von Soundkarten üblicherweise niedrigsten unterstützten Abtastrate von 8 kHz gibt das genau 1 Hz Frequenzauflösung. Dann generieren wir selber einen reinen Sinus und einen reinen Cosinus mit 50 Hz, ebenfalls 8000 Samples. Als nächstes multiplizieren wir beide Messreihen mit beiden generierten reinen Tönen, bilden die Summe darüber, und erhalten dadurch, jeweils für Spannung und Strom, Real- und Imaginärteil.

Jetzt kommt noch ein kleiner Trick, weil wir garantiert nicht den Beginn einer Spannungsperiode erwischt haben, und deshalb ein kleiner Phasenoffset ein "richtiges" Ergebnis verhindert. Wir konvertieren beide komplexen Zahlen in die eulersche Darstellung, und ziehen dann von der Phase des Stroms und der Spannung die der Spannung ab (Phase der Spannung sollte dann 0 sein). Dann kann man beide miteinander multiplizieren und erhält mit:

U*I*cos(phi)/2

die Wirkleistung, und mit

U*I*sin(phi)/2

die Grundwellenblindleistung.

Die Gesamtblindleistung Q erhält man, wenn man zuerst die Gesamtscheinleistung S ausrechnet (einfach wie oben beschrieben die Effektivwerte multiplizieren), und dann folgende Gleichung verwendet:

Q=Wurzel(S²-P²)

Ich hoffe, geholfen zu haben (und mich nicht selber vertüddelt hab).

Cpt.

Hallo Cpt._Baseballbatboy,

Deine schöne und selbst für mich in groben Zügen verständliche Beschreibung des Rechenweges macht direkt Lust, es zu versuchen, und auch die auf der Projektseite bereitgestellte Software bietet viele Ansatzpunkte.

Noch ein Hinweis zu der Audacity-Nyquist-Geschichte: Auf der neuen Knoppix-DVD 6.2 beispielsweise sind zu Audacity weit über 100 Plugins gesammelt, die nach erster Einschätzung mathematisch durchaus anspruchsvoll erscheinen. Da sollte auch dieses Problem mit lösbar sein. Allerdings würde man sich dann in etwas einarbeiten, das man für sonst nix gebrauchen kann, da ist deine Entwicklung sicherlich weiterführender.

Grüße, Hmeck

1. Bei Reichelt gibts für 9,95 ein genaues Meßgerät, auf für Standby
2. Habe mir mal den Spaß gemacht und mit einem Zimmer LMG 300 (oder so) gemessen. Das Teil kostet an die 10000 Euro und mein Billigteil hat einigermaßen an dessen Meßwert gelegen
3. Wozu Niederspannung über Trafos? Spannungsteiler geht genauso. Entweder U/I AD-Wandeln und dann multiplizieren oder davor. Evtl Präzisionsgleichrichter nehmen, dann langt ein einfacherer Multiplizierer. Die Geschwindigkeit der Opamps sollte kein Problem darstellen.

: z. B. eine FFT-Analyse, um zu sehen, was das Gerät für Schmutz auf die Netzleitung absondert

Mit der Soundkarte kann man nur niederfrequente Oberwellen darstellen. Also den eigentlichen "Netzklirr". Der ist aber relativ uninteressant. Weiter oben sind die Störungen in der Regel so gering, dass die Empfindlichkeit einer Soundkarte ohnehin nicht reichen würde, um sie in einer FFT darzustellen.

Moin,

@BooStar: einfacher Multiplizierer geht nur, wenn die Last linear ist. Ansonsten hast Du Fehler durch die Oberwellen. Gerade gestern hatte ich ein Netzteil, das hatte im Standby einen THD(i) von 8-10%. Das ist nicht mehr vernachlässigbar.

@scope: was meinst Du mit niederfrequenten Oberwellen? Bei 8kHz Abstastrate komme ich (fast) bis zur 79. Oberwelle.

Und was das Interesse angeht, da sind einige EMV-Normen und die zur Leistungsmessung (EN 62301 und EN 62087) dediziert anderer Meinung. Völlig klar, dass man keine leitungsgeführte Störspannung damit messen kann. Das erfordert aber auch deutlich andere Kaliber.

Cpt.

was meinst Du mit niederfrequenten Oberwellen?

Alles unter 5 KHz. Darüber gibt´s mit einer Soundkarte nichts mehr zu sehen, da es sich im Bereich weniger µV abspielt.

Man bekommt stets ein paar Harmonische zu sehen, die den Netzklirr von 2 bis 6% darstellen. Das ist für daran angeschlossene Geräte aller Art kein Problem und macht sich auch nicht störend bem,erkbar.

Die Hersteller von "Audio-Conditionern" sehen das selbstverständlich etwas anders. Wäre ich an deren Stelle, würde ich das selbstverständlich auch anders sehen.

Moin,

das angeschlossene Gerät hat sicherlich keine Probleme damit. Für die Leistungsmessung ist es dagegen schon interessant. Nicht umsonst fordert die EN 62031 weniger als 1% THD(u) der Spannungsquelle.

Cpt.

Hallo Elektronikfreunde,

Habe das Leistungsmessgerät KD 302 von Reichelt gekauft und grabe deshalb den Thread nochmals aus. Ich bin beeindruckt, die Ergebnisse sind echt interessant, und gutes Preis-Leistungsverhältnis. Die Bedienung ist simpel, die Anleitung kurz und knackig, die Anzeige deutlich und die Möglichkeiten der Anzeige für Gesamtverbauch in kWh sowie Euro komfortabel.

Irritiert hat mich allerdings, daß die Anzeigen für

"Niedrigste Leistungsaufnahme seit Beginn der Messung [W]"

sowie

"Höchste Leistungsaufnahme seit Beginn der Messung [W]"

nicht funktionieren bzw beide nur die aktuelle Leistungsaufnahme anzeigen, die auch anders angewählt werden kann. Vielleicht werden die letzten beiden Samples angezeigt, wer weiß.

Zwar könnte ich - für den Preis! - auf diese Funktionen gut verzichten, da sie aber laut Anleitung vorgegeben sind und auf dem Gerät auch angewählt werden können, besteht natürlich der Verdacht auf einen Defekt.

Ich habe das Gerät zurückgeschickt und bekam sofort postwendend Ersatz - mit dem gleichen Verhalten. Guter Service. Nun, die Anzeige soll wohl so sein. Werde diesen Bericht hier aber mal an den techn. Service von Reichelt schicken und Euch dann posten, was sie antworten.

Grüße,
Hmeck

Also der Reichelt hat zu den offensichtlich falschen Messbereichen noch nichts gesagt. Bis dahin, sozusagen als Pausenfüller: Mehrheitsmeinung bilden über die Netzspannung. Das rechte ist das Reichelt-Schätzeisen. (billiger war nur der gelbe)


Grüße, Hmeck

Hmeck schrieb:

Mehrheitsmeinung bilden über die Netzspannung

... eine Tendenz ist aber erkennbar!

Detlef

moin moin hmeck,

bei deinem test-aufbau bekomm ich so´n bischen angst

um nur mal eben den verbrauch von lampen, hausgeräten, etc zu testen reicht ein zwischen-stecker teil völlig aus. damit ist eine klare tendenz zu erkennen, z.b. ob die anlage oder der tv eher 1 - 2 watt im standbye ziehen, oder 10 - 20.

ist schon witzig mit so einem teil mal durch die eigene wohnung zu kucken bzw zu messen, aber auch teilweise erschreckend.

bei meinem küchen tivoli hab ich gedacht, dass wenn´s aus ist es auch keinen strom zieht von wegen hartem schalter, aber pustekuchen !!! es zieht ´aus´ 3 - 4 watt. und ´an´ 6 - 8 watt je nach lautstärke.

gerade viele kleine verbräuche machen die stromrechnung ´fett´. das summiert sich hoch und das übers ganze jahr ganz schön !!!

zum thema energie kann ich diese seite empfehlen :

http://www.energieverbraucher.de/


mein steckermessgerät hab ich von conrad, kostet mittlerweile ca 25€, aber auch andere mütter haben schöne töchter.


gruß
jan

99zion schrieb:

bei deinem test-aufbau bekomm ich so´n bischen angst ;)

Ja, man darf sowas nur mit einwandfreien Strippen zusammenstöpseln, noch mal prüfen und dann erst unter Strom setzen! UND: erst alles ausschalten + dann wieder auseinandernehmen!!

Noch zu den Ergebnissen, das Gerät ist tatsächlich sehr empfindlich und hat eine gute Auflösung.

1. Steckerleiste, leer, eingesch. Kontroll-Glimmlampe: 0,2 W
   
2. 40-Watt-Glühbirne: 40,5 W
   
3. Gleiche Birne + Glimmlampe von Steckerleiste: 40,7
   
4. DSL-Modem 6,6 W
   
5. Accu-Lader BC700 im Leerlauf 0,2 W
   
6. Hmecks 4x65-Watt-Verst, Leerlauf 21,5 W
   

Diese 0,2 W Grundauflösung habe ich mit hochohmigem Widerstand überprüft - stimmt.

Auch der Kühlschrank wurde 24 h lang geprüft. Leider fand ich nirgends Vergleichswerte, im Web wird einem überall immer nur die Klassifizierung nach Energieeffizienz gezeigt und litaneimäßig beteuert, wie schön doch ein Neugerät wäre - Statistiken über tatsächlichen Energieverbrauch, vielleicht ein wenig aufgeschlüsselt nach Größe, Aufstellung usw - das fehlt komplett.

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Damit es nicht so auffällt, daß ich hier monologisiere, bringe ich die Ergänzung als "edit"
Reichelt hat sich gemeldet und mir empfohlen, das Gerät noch mal einzusenden. Hatten wir doch schon. Da hat der techn. Service die Mail wohl ungelesen an die Reklamationsabtlg. weitergegeben - jedenfalls keine Stellungsnahme zur funktionslosen min/max - Anzeige.

Und da wir hier im HIFI-Forum sind, noch 2 HiFi-bezogene Messwerte dazu:

CD-Player Denon DCD-625 ausgeschaltet! 2,2 W
das Gerät hat eine Fernbedienung, aber die kann das Gerät nicht einschalten - also kein Stand-By sondern reine Stromverschwendung.
Im Betrieb: 5,2 .. 8,3 W

Cass.Spieler Denon DRS-610 aus: 0 W
ein: 5,3 ... 9,3 W


Grüße, Hmeck

Moin,
ist OT aber vielleicht trotzdem interessant.

Hmeck schrieb:

Auch der Kühlschrank wurde 24 h lang geprüft. Leider fand ich nirgends Vergleichswerte,

Kann ich nicht bestätigen, bei Liebherr ist z.B. für jedes Gerät der Jahresverbrauch angegeben.

Zu dem Neukaufgelaber, wenn ich meinen Bosch-TK von 1971 durch ein A++ (Marken-)Gerät ersetzen würde, hätte der schon nach 58 Jahren den Break-Even-Point erreicht.

Grüße,
dieter

moin moin !!!

@hmeck : nee, nee das ist kein monolog, ich lese auch noch mit (andere wohl auch)
mit deinem cdp ist das echr ne ´schweinerei´ !!! ist nen bißchen wie bei meinem küchen - tivoli.
da denkt man, die geräte haben einen ´harten´ netzschalter und dann das

zum thema kleinverbraucher optimieren gab´s von der elektor mal einen beitrag über zu groß dimensionierte netzteile bei z.b. modem´s, telefon-anlagen etc.. da wird die netzteil - spannung im gerät nochmals gedrückt. wenn man also die interne spannungs-reduktion umgeht und dann ein passendes kleineres netzteil benutzt kann man da auch noch was sparen. (der stehte tropfen höhlt den stein...)

bei bedarf : pm

gruß
jan