Elektronik-Labor
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Mikrocontroller PicoBasic
Kürzlich kam es zu einem großen Stromausfall in Spanien. Alle
hoffen, dass so etwas sich nicht wiederholt. Ob das europäische
Stromnetz stabil läuft, kann man jederzeit und überall an der
Netzfrequenz ablesen. Die Frequenz schwankt periodisch etwas hin
und her. Kurzfristig und gegen plötzliche Laständerungen ist sie durch
die riesige Rotationsträgheit aller Turbinen und Generatoren am Netz
stabilisiert. Aber mittelfristig muss dauernd nachgeregelt werden. Wenn
die Frequenz zu tief liegt, werden hier und da noch ein paar Kohlen
mehr aufgelegt oder Gaskraftwerke hochgefahren. Wenn sie zu hoch ist, fährt
man die Leistung etwas runter, was aber immer einige Zeit braucht. Die
Regelvorgänge kann man direkt an der Frequenz beobachten. Kleine
Änderungen sieht man sofort an der Phase, wenn eine stabile Referenz
bereitsteht. Die Schwingungen im Oszillogramm wandern unter 50 Hz
langsam nach rechts und bei über 50 Hz nach links. Zwischen der Messung
oben und der zweiten Messung sind alle Schwingungen um eine halbe
Periodendauer, also um 10 ms nach links gewandert, die Frequenz war
also gerade überr dem mittleren Soll.
Eine volle Schwingung dauert 20 ms. Weil die Abtastung in einem
genauen Millisekundentakt erfolgt und das Plotterfenster 250 Punkte in
x-Richtung hat, sieht man 25 ms pro Skalenteil. In vier Skalenteile
passen genau fünf Schwingungen. Danach käme man immer auf genaue 50 Hz.
Nur die langsame Verschiebung nach links oder rechts zeigt die
Abweichungen. Für die Messung wurde der Rpi Pico verwendet, weil er von
den drei möglichen Systemen die genaueste Taktfrequenz aufweist.
Rem Scope 250 ms
L1:
0x03F9 C = 249
0x0200 B = 0
L2:
0x3C00 A = AD0
0x3B00 [B+] = A
0x1901 Delay ms = 1
0x2502 C*Goto L2:
0x03F9 C = 249
0x0200 B = 0
L3:
0x3A00 A = [B+]
0x4200 Print A
0x1901 Delay ms = 1
0x2508 C*Goto L3:
0x2000 Goto L1:
Das Programm ist aus dem Oszilloskop Scope1.pbas abgeleitet. Durch
Einfügen von Delay ms = 1 an zwei Stellen wurde der gesamte Ablauf in
ein genaues Zeitraster gezwungen. Die Besonderheit dieses Wartebefehls
ist, dass er immer bis zur nächsten abgelaufenen Millisekunde wartet,
sodass die genaue Rechenzeit keine Rolle mehr spiel, solange sie unter
einer Millisekunde liegt. In diesem Programm werden zunächst 250
Messwerte im Millisekundentakt aufgenommen und gespeichert, und danach
ebenfalls im Millisekundentakt an den PC gesendet, wo sie im Plotter
dargestellt werden. Der ganze Ablauf wiederholt sich in genau 500 ms.
Im Testlab ist die Wartezeit von 0,7 s zwischen den Messungen
eingetragen. Das führt insgesamt zu einer Anzeige im Sekundentakt,
sodass nur jede zweite Messreihe angezeigt wird. So hat man genügend
Zeit zur genauen Betrachtung und für Screenshots.
Für die Messung wurde übrigens einfach ein Krokokabel an AD0
angeschlossen und offen auf den Labortisch gelegt. Die elektrischen
Wechselfelder sorgen für eine ausreichende Einstreuung des Netzsignals.
Beobachtet wurden Schwankungsperioden im Bereich 15 Minuten. Ein
Beispiel: Um 11:20 waren es gerade genau 50 Hz. Bis 11:25
waren fünf Schwingungen nach links herausgewandert. Ein Verlust von 100
ms in 300 s bedeutet eine Abweichung von 0,017 Hz. Über längere Zeit
war die Frequenz entweder genau oder zu hoch. Erst um 11:30 kehrte sich
die Richtung um, sodass die Frequenz unterhalb 50 Hz lag. Das Ziel
ist jedenfalls, dass am Ende des Tages die Anzahl der Schwingungen
möglichst genau stimmt.
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