Warum steigt der Spannungsmesswert eines normalem Mutlimeters mit steigender Frequenz an?
Wenn man mit einem gewöhnlichem Multimeter eine Wechselspannung misst und dabei die Frequenz erhöht, steigt der angezeigte Wert. Warum ist das so? Ich bitte um eine etwas ausführlichere Erklärung wie "weil Multimeter meistens nur für 50 Hz ausgelegt sind." LG
6 Antworten
Wechselspannungsmessgeräte messen nur Gleichspannungen, die aus einer Eingangsspannung gewonnen wird. Eine sich ändernde Spannung muss also erst einmal umgewandelt, gleichgerichtet und geglättet werden. Einfache Gleichrichterdioden werden erst ab einer bestimmten Spannung (bei Silizium ca. 0,7V) leitend und die gesamte Kennlinie ist nur in bestimmten als linear anzusehen. Es werden somit je nach Spannung Abweichungen vom tatsächlichen Wert eintreten.
Gleichrichterschaltungen mit Operationsverstärkern sind besser aber viel aufwändiger und so in einfachen Geräten nicht zu finden.
Aber nach einer Gleichrichtung ändert sich die Spannung, entweder zwischen 0 und plus-Spitzenspannung oder 0 und minus-Spitzenspannung.
So eine Spannung muss also noch "geglättet" werden, um mit einem Gleichspannungsmessgerät als konstante Spannung angezeigt werden zu können.Dafür dienen sogenannte Tiefpass-Filter aus Widerständen und Kondensatoren.
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Welche Zeitkonstante sollte nun so ein Filter haben?
Ist die zu hoch, dann könnte es Minuten dauern, bis ein Ergebnis angezeigt wird.
Ist sie zu gering, dann werden ständig andere Zahlenwerte angezeigt.
Damit begründen sich auch teilweise erhebliche Unterschiede unterschiedlicher Geräte. Die liegen dann in der Empfindlichkeit ( werden auch wilde Spannungen eingefangen?) und auch in der Anzeige von Wechselspannungen verschiedener Frequenzen.
Liegen dann auch noch nicht-sinusförmige Spannungen vor (Dreieck, Rechteck ...) dann sind solche Messgeräte ohnehin ungeeignet.
so ein Tiefpass befindet sich ist erst hinter dem Gleichrichter. Da ändert sich die Spannung zwar auch ständig aber nur zwischen Null und einem positiven oder negativen Maximalwert.
Ohne Gleichrichtung tritt genau der Fall ein, wie du geschrieben hast. Der Kondensator wird mal auf, dann wieder entladen. Er wird im Mittel immer auf Null Volt aufgeladen sein. Nur bei sehr niedrigen Frequenzen wird man am Kondensator eine Spannung messen können.
Hinter einem Gleichrichter kann man einen Tiefpass auch als einen Integrator (Summierer, Sammler) ansehen.
Der Kondensator wird mit jeder "ankommenden" Spannung, die höher ist als die, mit der er schon aufgeladen ist, ein klein wenig mehr aufgeladen. Er "sammelt" also alles ein und irgendwann wird er so aufgeladen sein, dass seine Aufladung den Maximalwert erreicht. Die Frequenz spielt dabei keine Rolle.
Das ist aber nur der Idealfall. Real entläd sich der Kondensator doch auch wieder, weil das Messwerk Strom entnimmt, durch die Diode auch rückwärts ein kleiner Strom fließt und der Kondensator selbst kein idealer Isolator ist.
Dass die Frequenz keine Rolle spielt, ist natürlich auch der Idealfall.
Jede Leitung hat eine Induktivität und zu einer anderen Leitung eine Kapazität.
Da kommt schon durch die Messleitungen beim Gleichrichter weniger Spannung an als am Messpunkt anliegt.
So etwas muss man aber erst im hohen kHz Bereich in Erwägung ziehen. Die 50Hz unserer Netzspannung sind ja da nur "Gleichspannung" .
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jetzt mit Gleichrichter-Diode !!
Jetzt verstehe ich es. Genau so habe ich es vermutet, hast wirklich ausführlich und faktenbasierend geantwortet. Ich denke auch, dass der arithmetische Mittelwert des Messwerks vom Multimeter aufgrund der "pulsierenden" Gleichspannung vom Wechselrichter auf 50 Hz ausgelegt ist. Da bei steigender Frequenz dann der Glättungskondensator häufiger geladen wird, steigt die Spannung auch daran an. Endlich habe ich eine zufriedenstellende Antwort, vielen vielen Dank!
Spannungsmessgeräte sind sehr hochohmig, damit der Messvorgang die Schaltung möglichst wenig beeinflusst.
Das macht sie anfällig für Störungen.
Da kann sich dann im Messgerät selbst schonmal ein Spannungsteiler mit kapazitiver Komponente o.ä. bilden (zwei Leiterbahnen parallel auf der Platine reichen dafür), was den Messwert dann bei steigender Frequenz verfälscht.
Einfache Multimeter sind für die Wechselspannungsmessung eben auf 50Hz geeicht.
Das ist auch bei Netzspannung ein Problem. Neben den 230V/50Hz "lungert" da noch einiges herum, was ein Multimeter gelegentlich aus dem Tritt bringt: Oberwellen, Signalen auf anderen Frequenzen (Powerline-WLAN), sonstige Verzerrungen/Störungen.
Da ist dann ein "True-RMS"-Messgerät von Vorteil, das die "Grütze", die da so aus der Steckdose kommt, im Spannungsverlauf mehr oder weniger digitalisiert und den korrekten RMS-Wert berechnet.
Leider geht aus Deiner Frage nicht hervor, womit Du die Frequenz erhöhst bzw. regelst. Bei der Verwendung von Frequenzumrichtern zur Drehzahlregelung von Drehstrommotoren wird mit Hilfe der Ausgangsfrequenz die Drehzahl des Motors eingestellt / geregelt. Das allein reicht nicht aus. Da die Motorwicklung für einen betimmten Strom ausgelegt ist, muss dieser auch erreicht werden, um das notwendige Drehmoment zu gewährleisten. Da die Wicklung einen induktiven Widerstand darstellt, der frequenzabhängig ist, muss bei steigender Frequenz auch die Spannung entsprechend mit erhöht werden, damit der Strom in den Wicklungen konstant bleibt. Dies nur noch zu Ergänzung der vorherigen Antworten.
Der Effektivwert ist unabhängig von der Frequenz. Aber ja du hast recht die meisten TrueRMS Geräte messen nur in einem bestimmten Frequenzbereich richtig.
Kann aber auch seindas an deinem Messaufbau was falsch ist. um wie viel steigt den der wert?
Messaufbau hier. Man achte auf das rechte Multimeter. https://www.youtube.com/watch?v=r367qQ54-I8
Weil auch ein Multimeter den Spannungsabfall über einem Meßwiderstand mißt und diese frequenzabhängig sind?
Fall es um die digitale Variante geht, hier noch ergänzend:
https://de.wikipedia.org/wiki/Digitalmultimeter#Wechselspannung
Dort werden die Effekte (zu kurze Integrationszeit, zu träger DAC ...) beleuchtet.
Danke für die ausführlich Erklärung. Nur was ich daran nicht verstehe ist, wenn am Eingang des Multimeters ein Tiefpass ist, dann müsste es gerade anderst herum sein: bei hohen Frequenzen wäre der parallel geschaltete Kondensator leitfähiger, ergo müsste doch die Spannung mit steigender Frequenz sinken, aber nicht steigen. Wo ist mein Denkfehler... bitte um nochmalige Aufklärung...