Drehstromsimulator, Dreiphasen-Simulator, Three Phase Sine Wave Generator

Da ich für spezielle Anwendungen, z.B. für das Programmieren eines Energiemessgerätes, ein Drehstromsignal benötigt habe, baute ich diesen Drehstromsimulator aus einem alten Elektor-Artikel nach. Ich habe einige Drehstromsimulatoren die es so im Internet zum Nachbau gibt getestet. War aber mit keinem so wirklich zufrieden – bis ich eben auf diesen Elektor Artikel gestoßen bin. Dieser Simulator ist rein diskret aufgebaut und funktioniert rein Analog. Die Resultate des Generators sind echt bemerkenswert. Er ist zwar recht aufwendig nachzubauen, dafür produziert er aber ein sehr stabiles und sauberes Ausgangssignal. Siehe beiliegende Oszilloskop-Bilder.

Das Dreiphasensystem, auch Drehstrom- oder Starkstromsystem genannt, wird unter anderem im industriellen Bereich zum Antrieb leistungsfähiger Elektromotoren und daran gekoppelter Maschinen verwendet. Privathaushalte werden üblicherweise auch aus Drehstromnetzen versorgt, wobei allerdings nur eine Phase pro Steckdose verwendet wird. Lediglich bei den Anschlüssen für Herd und Waschmaschine setzt man Drehstrom ein. Irgendwelche Experimente mit Drehstrom sind bei den hier anzutreffenden Spannungen (230 V zwischen Phase und Erde, 400 V zwischen zwei Phasen) absolut lebensgefährlich. Mit unserer Schaltung kann man wesentlich sorgloser mit Drehströmen oder -feldern experimentieren. Sie liefert drei um 120° verschobene Sinussignale mit Amplituden von etwa 12 V (Spitze-Spitze).

Die Signalquelle für alle drei Phasen (R, S und T) ist ein Wienbrücken-Oszillator. Dieser Sinusgenerator ist mit dem Operationsverstärker lC1a und den RC-Kombinationen R1/C3 und C4/R2/P1 aufgebaut. Mit P1 kann man die Frequenz recht genau auf 50 Hz einstellen. D3/D4, R3 und R4 halten die Signalamplitude konstant. Mit P2 kann die Ausgangsspannung auf Uss = 1 V (Pin 1 von IC1a) eingestellt werden. Der nachgeschaltete Puffer IC2a sorgt für eine konstante Abschlussimpedanz von IC1a - wichtig für die Frequenzstabilität - und verstärkt das Ausgangssignal a

Da ich für spezielle Anwendungen, z.B. für das Programmieren eines Energiemessgerätes, ein Drehstromsignal benötigt habe, baute ich diesen Drehstromsimulator aus einem alten Elektor-Artikel nach. Ich habe einige Drehstromsimulatoren die es so im Internet zum Nachbau gibt getestet. War aber mit keinem so wirklich zufrieden – bis ich eben auf diesen Elektor Artikel gestoßen bin. Dieser Simulator ist rein diskret aufgebaut und funktioniert rein Analog. Die Resultate des Generators sind echt bemerkenswert. Er ist zwar recht aufwendig nachzubauen, dafür produziert er aber ein sehr stabiles und sauberes Ausgangssignal. Siehe beiliegende Oszilloskop-Bilder.

Das Dreiphasensystem, auch Drehstrom- oder Starkstromsystem genannt, wird unter anderem im industriellen Bereich zum Antrieb leistungsfähiger Elektromotoren und daran gekoppelter Maschinen verwendet. Privathaushalte werden üblicherweise auch aus Drehstromnetzen versorgt, wobei allerdings nur eine Phase pro Steckdose verwendet wird. Lediglich bei den Anschlüssen für Herd und Waschmaschine setzt man Drehstrom ein. Irgendwelche Experimente mit Drehstrom sind bei den hier anzutreffenden Spannungen (230 V zwischen Phase und Erde, 400 V zwischen zwei Phasen) absolut lebensgefährlich. Mit unserer Schaltung kann man wesentlich sorgloser mit Drehströmen oder -feldern experimentieren. Sie liefert drei um 120° verschobene Sinussignale mit Amplituden von etwa 12 V (Spitze-Spitze).

Die Signalquelle für alle drei Phasen (R, S und T) ist ein Wienbrücken-Oszillator. Dieser Sinusgenerator ist mit dem Operationsverstärker lC1a und den RC-Kombinationen R1/C3 und C4/R2/P1 aufgebaut. Mit P1 kann man die Frequenz recht genau auf 50 Hz einstellen. D3/D4, R3 und R4 halten die Signalamplitude konstant. Mit P2 kann die Ausgangsspannung auf Uss = 1 V (Pin 1 von IC1a) eingestellt werden. Der nachgeschaltete Puffer IC2a sorgt für eine konstante Abschlussimpedanz von IC1a - wichtig für die Frequenzstabilität - und verstärkt das Ausgangssignal auf einen Wert von etwa 5,6 V (Uss). Die Amplitude der drei Phasen ist mit Poti P3 zwischen 0 und 12 V einstellbar. Der Ausgangskondensator C9 blockt die Offsetspannungen von lC1a und IC2a ab.

Die R-Phase wird durch eine Invertierung des Signals am Schleifer von P3 erzeugt. Das bedeutet, dass die R-Phase um 180 Grad gegenüber dem ursprünglichen Oszillatorsignal phasenverschoben ist. Verschiebt man dieses ursprüngliche Signal (P3) einmal um plus -, und einmal um minus 60°, so erhält man drei Sinussignale, die einen konstanten Phasenabstand von 120° aufweisen, mit anderen Worten: Drehstrom. Die Verschiebung um plus 60 Grad bewerkstelligt das Tiefpassfilter 2. Ordnung mit IC2c/C10 und R9. Die negative Phasenverschiebung erfolgt durch IC2d/C11 und R12.

Mit den Potis P4 und P5 kann man die Signalamplituden von S und T an die R-Phase anpassen. Die verwendeten Operationsverstärker sind kurzschlussfest und liefern einen Strom von maximal 10 mA. Bei Verwendung eines symmetrischen Netzteils mit ±15 V beträgt der Stromverbrauch etwa ±20 mA.

Optional können drei Low-Current LEDs verbaut werden, um versehentlich kurzgeschlossene Phasn zu erkennen.

uf einen Wert von etwa 5,6 V (Uss). Die Amplitude der drei Phasen ist mit Poti P3 zwischen 0 und 12 V einstellbar. Der Ausgangskondensator C9 blockt die Offsetspannungen von lC1a und IC2a ab.

Die R-Phase wird durch eine Invertierung des Signals am Schleifer von P3 erzeugt. Das bedeutet, dass die R-Phase um 180 Grad gegenüber dem ursprünglichen Oszillatorsignal phasenverschoben ist. Verschiebt man dieses ursprüngliche Signal (P3) einmal um plus -, und einmal um minus 60°, so erhält man drei Sinussignale, die einen konstanten Phasenabstand von 120° aufweisen, mit anderen Worten: Drehstrom. Die Verschiebung um plus 60 Grad bewerkstelligt das Tiefpassfilter 2. Ordnung mit IC2c/C10 und R9. Die negative Phasenverschiebung erfolgt durch IC2d/C11 und R12.

Mit den Potis P4 und P5 kann man die Signalamplituden von S und T an die R-Phase anpassen. Die verwendeten Operationsverstärker sind kurzschlussfest und liefern einen Strom von maximal 10 mA. Bei Verwendung eines symmetrischen Netzteils mit ±15 V beträgt der Stromverbrauch etwa ±20 mA.

Optional können drei Low-Current LEDs verbaut werden, um versehentlich kurzgeschlossene Phasn zu erkennen.

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