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Multimeter-Ergänzungen, Teil 5: Fehlersuche bei einer Gleichstromversorgung mit einem Multimeter und einem Oszilloskop

Gleichstromversorgung
Abbildung 1. Gleichstromversorgung

Die Digitalmultimeter gehören zur Grundausrüstung bei der Fehlersuche in der Elektrik und sind die Messgeräte, auf die wir alle zuerst zurückgreifen. In „Multimeter-Ergänzungen“ untersuchen wir fünf Beispiele, bei denen die zusätzliche Verwendung eines Oszilloskops eine Fehlersuche schneller, einfacher und effektiver gestalten kann.

In Teil 5 wird die Verwendung eines Digitalmultimeters und eines Oszilloskops für die Fehlersuche bei einer Stromversorgung beschrieben (siehe Abbildung 1)

Das V DC Netzteil ist eine der wichtigsten Komponenten in automatisierten oder anderen Prozesssystemen. Wenn bei einem Netzteil ein „schwerer Fehler“ auftritt, kann dieser einfach durch den Austausch des Netzteils behoben werden. Aber was, wenn das Problem sporadisch intermittierend auftritt? Was geschieht aber, wenn es sich um ein intermittierendes Problem handelt?

Digitalmultimeter mit der Anzeige einer Wechselstrom-Eingangsspannung innerhalb der Spezifikation
Abbildung 2. Digitalmultimeter mit der Anzeige einer Wechselstrom-Eingangsspannung innerhalb der Spezifikation

Die Suche nach der Ursache kann sich ohne das richtige Werkzeug lang und mühsam gestalten.

In diesem Beispiel wurde die „Fehler“-LED einer Gleichstromversorgung aktiviert. Bei Ihrer Fehlersuche müssen Sie nun herausfinden, ob das Problem bei der Stromversorgung oder der Eingangsspannung liegt oder ob die Störung auf einen Lastwechsel beim Leistungsbedarf zurückzuführen ist.

Fehlersuche mit dem Digitalmultimeter

Digitalmultimeter mit der Anzeige einer Wechselstrom-Eingangsspannung innerhalb der Spezifikation
Abbildung 3. Digitalmultimeter mit der Anzeige einer Gleichstrom-Ausgangsspannung innerhalb der Spezifikation

Sie prüfen mit einem Digitalmultimeter die Eingangsspannung der Leitung und stellen fest, dass diese der Spezifikation entspricht (siehe Abbildung 2).

Als nächstes überprüfen Sie die Gleichstrom-Ausgangsspannung und stellen auch hier fest, dass alles in Ordnung ist (siehe Abbildung 3).

Sie entscheiden sich nun dafür, das Netzteil gegen ein gebrauchtes funktionierendes Netzteil auszutauschen, in der Hoffnung, dass so die Störung beseitigt wird. Als Sie jedoch 2 Stunden später zurückkommen, sehen Sie, dass die LED der Fehleranzeige wieder aktiviert wurde. Welche Optionen haben Sie nun? In solch einer Situation kann sich ein Oszilloskop als Retter in der Not erweisen.

Fehlersuche mit einem Oszilloskop

Oszilloskop mit der Anzeige der Wechselstrom-Eingangsspannung zur Gleichstromversorgung
Abbildung 4. Oszilloskop mit der Anzeige der Wechselstrom-Eingangsspannung zur Gleichstromversorgung

Prüfung von Netzteileingang und -ausgang

Schließen Sie das Oszilloskop zunächst an die Wechselstrom-Eingangsklemmen des Netzteils an und führen Sie eine Sichtprüfung der Eingangs-Signalform durch; achten Sie dabei auf Änderungen, Verzerrungen oder Ausfälle. Sie erkennen, dass die Wechselstromspannung als perfekte Sinuswelle wiedergegeben wird (siehe Abbildung 4).

Sie haben nun bestätigt, dass die Wechselstrom-Versorgungsspannung innerhalb der Spezifikation liegt und prüfen nun die Gleichstrom-Ausgangsspannung, mit dem gleichen Ergebnis.

Hinweis: Bei manchen Oszilloskopen wird u. U. ein Trenntransformator oder ein Differenztastkopf benötigt, um die Eingangsspannung und die Gleichstrom-Ausgangsspannung gleichzeitig messen zu können.

Prüfung von Netzteileingang und -ausgang über längere Zeit hinweg

Oszilloskop mit der Anzeige der Wechselstrom-Eingangsspannung zur Gleichstromversorgung mit TrendPlot™
Abbildung 5. Oszilloskop mit der Anzeige der Wechselstrom-Eingangsspannung zur Gleichstromversorgung mit TrendPlot™

Da keine offensichtlichen Probleme vorliegen, verfolgen Sie den Ein- und Ausgang der Stromversorgung über einen längeren Zeitraum mit TrendPlot™ auf einem Fluke ScopeMeter® Messgerät. Tritt eine Störung auf, wird diese durch TrendPlot™ erfasst und, ähnlich wie bei einem Diagrammschreiber, aufgezeichnet. So erfahren Sie den Zeitpunkt, an dem das Problem aufgetreten ist und dessen Ausmaß.

Über TrendPlot erkennen Sie, dass die Eingangsspannung nach 14 Stunden, 23 Minuten und 15 Sekunden auf 71 Volt gesunken ist, wodurch die „Fehler“-LED aktiviert wurde (siehe Abbildung 5). Die Störung liegt also bei der Wechselstromversorgung und nicht beim Netzteil.

Ein anderes Szenario...

Was geschieht, wenn TrendPlot stattdessen anzeigt, dass die Wechselstrom-Eingangsspannung über einen sehr langen Zeitraum der Spezifikation entspricht? Der nächste Schritt besteht darin, über TrendPlot die Gleichstrom-Ausgangsspannung des Netzteils zu prüfen.

So messen Sie die Gleichstrom-Ausgangsspannung des Netzteils und die Spannung mit TrendPlot:

Verwendung einer Stromzange und eines Oszilloskops zur Messung der Gleichstrom-Ausgangsspannung mit TrendPlot™
Abbildung 6. Verwendung einer Stromzange und eines Oszilloskops zur Messung der Gleichstrom-Ausgangsspannung mit TrendPlot™
  1. Bringen Sie eine Stromzange an einem der Gleichstromleiter an (siehe Abbildung 6) und verbinden Sie die Zange mit Kanal A des ScopeMeter-Messgeräts.
  2. Schließen Sie Kanal B an die Gleichstrom-Ausgangsspannung der Stromversorgung an.
  3. Starten Sie TrendPlot.

Sie können nun sowohl die Netzteil-Ausgangsspannung als auch die Spannung über einen beliebigen Zeitraum hinweg aufzeichnen.

Über TrendPlot erfahren Sie, dass um 16 Uhr, 33 Minuten und 59 Sekunden der Laststrom den maximalen Spezifikationswert der Stromversorgung überschritten hatte, was zum Ausfall führte (siehe Abbildung 7). Es ist nun an der Zeit herauszufinden, was der Versorgung nachgeschaltet ist und zu viel Spannung zieht oder es muss eine leistungsfähigere Stromversorgung angeschafft werden!

Fazit

Oszilloskop mit TrendPlot™ und der Anzeige überschrittener DC-Laststromgrenze
Abbildung 7. ScopeMeter mit TrendPlot™ und der Anzeige des überschrittenen DC-Laststroms der Stromversorgung (obere Kurve) mit einem Spannungseinbruch bei der DC-Ausgangsspannung (untere Kurve)

Ein Digitalmultimeter verhilft Ihnen zu präzisen Echtzeitmesswerten aber mit dem Fluke ScopeMeter können Sie die tatsächliche Spannung und die aktuellen Signalformen sehen.

TrendPlot funktioniert wie ein papierloser Schreiber zur Erfassung von Störungen, Änderungen und anderen Anomalien, unbeaufsichtigt über einen Zeitraum von sechzehn Tagen hinweg.

Je mehr Sie sehen, desto besser können Sie Fehler beheben!