AC Strommessung
Der Wechselstrom (AC), ist eine Art von elektrischem Strom, der periodisch seine Richtung umkehrt und zwischen positiven und negativen Werten oszilliert. In einem AC-Stromkreis fließt die elektrische Ladung zunächst in eine Richtung und dann in die entgegengesetzte, wobei sie ihre Richtung mit einer bestimmten Frequenz ständig umkehrt. Ein gängiges Beispiel für Wechselstrom ist die Elektrizität, die über das Stromnetz in unsere Häuser und Geschäfte geliefert wird.
Wechselstrom wird für die Fernübertragung von Strom bevorzugt, da er leicht auf hohe Spannungen für die Übertragung über lange Distanzen mit geringeren Leistungsverlusten angehoben und dann für die Verwendung in Häusern und Geschäften auf niedrigere Spannungen abgesenkt werden kann. Die Frequenz des Wechselstroms wird üblicherweise in Hertz (Hz) gemessen, was die Anzahl der Schwingungen des Stroms pro Sekunde angibt. In den Vereinigten Staaten beträgt die Standardfrequenz des Wechselstroms 60 Hz, während sie in einigen anderen Ländern 50 Hz ist.
Zusätzlich zur Energieübertragung wird Wechselstrom auch in einer Vielzahl von elektrischen und elektronischen Geräten verwendet, von kleinen Haushaltsgeräten bis hin zu industriellen Maschinen. Wechselstrom kann mithilfe von Geräten wie Gleichrichtern in Gleichstrom (DC) umgewandelt werden, die in elektronischen Geräten wie Computern und Mobiltelefonen häufig verwendet werden.
Arten von Wechselstrommessgeräten
Zur Messung des durch einen Schaltkreis fließenden elektrischen Stroms werden Amperemeter eingesetzt. Es gibt drei grundlegende Typen von Amperemetern zur Messung von Wechselstrom (AC):
- Bewegliche Spulenamperemeter: Diese nutzen eine sich in einem Magnetfeld bewegende Spule, um den durch einen Stromkreis fließenden Strom zu messen. Fließt Strom durch die Spule, entsteht ein Magnetfeld, das mit dem Feld eines Permanentmagneten interagiert und die Spule bewegt. Diese Bewegung ist proportional zum fließenden Strom und wird in eine Stromablesung umgewandelt.
- Digitale Amperemeter: Digitale AC-Amperemeter messen den durch einen Stromkreis fließenden Wechselstrom, indem sie ihn in ein proportionales digitales Signal umwandeln. Der Wechselstrom wird durch einen Stromwandler zur sicheren Messung herabgesetzt. Die Ausgabe des Stromwandlers wird dann mithilfe einer Gleichrichterschaltung in eine Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung wird dann mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) in ein digitales Signal umgewandelt. Der Mikrocontroller empfängt das digitale Signal und verarbeitet es zur Anzeige des Stromwerts auf dem Bildschirm.
- Klemmamperemeter: Klemmamperemeter sind so konzipiert, dass sie den Strom, der durch einen Draht fließt, messen können, ohne den Draht physisch zu trennen. Das Amperemeter verfügt über eine Klemme, die geöffnet und um den Draht gelegt werden kann, um den durch ihn fließenden Strom zu messen.
Bei der Auswahl eines Amperemeters zur Messung von Wechselstrom ist es wichtig, eines zu wählen, das für den maximal zu messenden Strom ausgelegt ist. Amperemeter, die für höhere Ströme ausgelegt sind, haben in der Regel einen geringeren Widerstand, was zu einem Spannungsabfall im zu messenden Stromkreis führen kann. Daher ist es wichtig, ein Amperemeter auszuwählen, dessen Widerstand im Vergleich zum zu messenden Stromkreis gering ist. Es ist auch wichtig, ein Amperemeter mit einem Frequenzbereich auszuwählen, der der Frequenz des zu messenden Wechselstroms entspricht.
Gleichrichtung und Wechselstrom-Amperemeter
Die Gleichrichtung ist der Prozess der Umwandlung eines Wechselstrom- (AC) Signals in ein Gleichstrom- (DC) Signal. Wechselstrom wechselt in der Polarität, was bedeutet, dass er in eine Richtung fließt und dann in die andere, wobei er ständig die Richtung ändert. Dies kann als Welle visualisiert werden, die sowohl oberhalb als auch unterhalb eines Nullpunkts, dem sogenannten „Null-Durchgang“, oszilliert.
Um ein Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal umzuwandeln, muss die negative Hälfte der Wechselstromwelle eliminiert oder „gleichgerichtet“ werden. Dies geschieht in der Regel mit einer Diode, die als Einwegventil für den Stromfluss dient. Eine Diode lässt den Strom in eine Richtung fließen, blockiert ihn aber in der anderen Richtung. Durch das Einsetzen einer Diode in Reihe mit dem Wechselstromsignal wird die negative Hälfte der Welle blockiert, wodurch das Wechselstromsignal effektiv in ein unidirektionales oder Gleichstromsignal umgewandelt wird.
Es gibt zwei Arten von Gleichrichtern: Halbwellengleichrichter und Vollwellengleichrichter. Ein Halbwellengleichrichter verwendet eine Diode, um das Wechselstromsignal zu gleichrichten, während ein Vollwellengleichrichter vier Dioden in einem bestimmten Muster verwendet, um sowohl die positiven als auch die negativen Hälften des Wechselstromsignals zu gleichrichten.
