Análisis de potencia para aplicaciones de alta frecuencia
El uso cada vez mayor de semiconductores de SiC y GaN en la electrónica de potencia da lugar a frecuencias de conmutación más altas. Como resultado, se pueden utilizar bobinas más pequeñas y ligeras en los convertidores de potencia. Esto también supone un gran reto para la tecnología de medición, que debe mejorar su eficiencia. Los analizadores de potencia convencionales producen resultados de medición inconsistentes e incluso incorrectos al analizar las pérdidas de las bobinas a altas frecuencias de conmutación. La clave para obtener fácilmente resultados precisos y repetibles es la corrección automática del desfase. HIOKI lo hace posible sincronizando perfectamente el analizador de potencia con nuestros sensores de corriente y divisores de alta tensión.
Frecuencias más altas – Inversores más pequeños
El aumento de las frecuencias de conmutación es una tendencia generalizada en muchos ámbitos de la ingeniería eléctrica. Los transformadores de estado sólido, por ejemplo, hacen que nuestras redes eléctricas sean más flexibles y robustas. Estabilizan las redes cuando estas se ven sometidas a una gran carga debido a la alimentación descentralizada de fuentes de energía renovables, o cuando se recargan coches eléctricos al mismo tiempo en horas punta. Estos transformadores, también conocidos como «transformadores de estado sólido» (SST), son mucho más pequeños y ligeros que los transformadores de potencia convencionales, ya que funcionan a frecuencias superiores a 10 kHz.
Cuanto menor es la pérdida de potencia, mayor es la eficiencia energética
Especialmente en el ámbito de la electromovilidad, los inversores ultrarrápidos basados en semiconductores de SiC y GaN han adquirido ahora un papel protagonista, ya que sus altas frecuencias de funcionamiento permiten fabricarlos mucho más pequeños y ligeros. Son esenciales para convertir la generación de carga de 11 kW de CA a CC para la batería, para convertirla a CA trifásica para el motor eléctrico o para reducirla a 12 V o 24 V para los circuitos auxiliares. Las bobinas desempeñan un papel fundamental en todas estas conversiones. Huelga decir que, cuanto menor sea la pérdida de potencia en todas las bobinas utilizadas, mayor será la eficiencia energética global; y en los vehículos eléctricos, esto se traduce directamente en autonomías significativamente mayores.
Medición de pérdidas en dos bobinas con un analizador de potencia
Para determinar las pérdidas en las bobinas, se utiliza la denominada «medición de pérdidas de dos bobinas». Con este método, se puede determinar la pérdida total de la bobina, así como la pérdida del núcleo o la pérdida de la bobina. En la bobina primaria (N1) se miden tanto la corriente como la tensión, mientras que en la bobina secundaria (N2) solo se mide la tensión. La figura 3 muestra una configuración de medición simplificada en la que se utiliza el analizador de potencia PW8001 junto con un sensor de corriente CT6904 y un divisor de alta tensión VT1005. Los valores medidos de generación, corriente, ángulo de fase, etc., constituyen la base para el cálculo de las respectivas pérdidas en las bobinas. Estos cálculos se realizan mediante las funciones de cálculo definidas por el usuario (UDF), que son proporcionadas por el propio usuario. La pérdida en cobre se calcula restando la pérdida de la bobina de la pérdida total.
Medición precisa de las pérdidas en bobinas
Medir con precisión las pérdidas de una bobina supone todo un reto. Para garantizar resultados útiles, se recomienda medir las pérdidas en condiciones reales de funcionamiento, lo que, en el caso de la transferencia de energía por inducción (WPT), significa con corrientes de hasta 500 A y una generación en la bobina receptora de 3 kV. Es necesario utilizar un divisor de alta tensión para gestionar estas tensiones elevadas. El factor de potencia de las bobinas es extremadamente bajo. Debido a esta característica, la influencia del error de fase en el resultado de la medición es extremadamente alta, tal y como se muestra en la figura 4 a continuación.
Los vehículos eléctricos pronto se recargarán de forma inalámbrica
Una aplicación importante de la medición de pérdidas en bobinas dobles es la transferencia inalámbrica de energía (WPT). Se prevé que, en poco tiempo, las baterías de los vehículos eléctricos se carguen de forma inalámbrica, al igual que los cepillos de dientes eléctricos o los teléfonos móviles, mediante dispositivos de carga instalados bajo las plazas de aparcamiento o incluso en la calzada.
Las mediciones precisas de parámetros como la generación, la corriente, el factor de potencia y la distorsión armónica permiten a los ingenieros comprender mejor el rendimiento de las bobinas transmisoras y receptoras en un sistema de WPT, con el fin de garantizar una transferencia de energía eficiente y fiable. Una evaluación precisa y rápida de la potencia de entrada y salida, así como de las pérdidas durante la transmisión sin contacto, aumenta el rendimiento del sistema y agiliza el proceso de desarrollo.
La solución: medición precisa de las pérdidas en las bobinas en cuestión de segundos
Hasta la fecha, los ingenieros de desarrollo se han centrado, en el diseño de la transferencia de energía por inducción (WPT), en minimizar las pérdidas por conmutación y conducción de los semiconductores del sistema. Para aumentar aún más la eficiencia del sistema, también es importante utilizar las bobinas óptimas en el sistema. Por lo tanto, es importante analizar las pérdidas en las bobinas en condiciones de funcionamiento. Un método muy utilizado para medir las pérdidas en las bobinas es el calorímetro. Este método es preciso, pero presenta una desventaja importante: la prueba puede durar hasta media hora.
Como alternativa, se puede utilizar un analizador de potencia para determinar las pérdidas de las bobinas en tan solo unos segundos. Pero esto es más fácil de decir que de hacer, ya que se trata de una medición compleja. A continuación se muestra el esquema eléctrico básico de un sistema de recarga inalámbrica (WPT) para vehículos eléctricos, en el que las bobinas del sistema aparecen marcadas con un círculo rojo (figura 6). Utilizando el analizador de potencia PW8001, combinado con sensores de corriente y divisores de tensión de HIOKI, es posible determinar con precisión la eficiencia global del sistema y las pérdidas en las bobinas gracias a varias características exclusivas.
Por encima de los 10 kHz, los analizadores de potencia convencionales ofrecen mediciones inexactas
Los resultados de las pruebas realizadas con analizadores de potencia tradicionales que incorporan una resistencia de derivación interna dejan de ser fiables para la medición de pérdidas en bobinas por encima del umbral de los 10 kHz. Los errores de fase tienen un impacto mínimo hasta frecuencias de conmutación de aproximadamente 10 kHz. Sin embargo, por encima de este umbral, muchos analizadores de potencia ofrecen resultados inexactos sobre las pérdidas debido a una determinación imprecisa del ángulo de fase entre la tensión y la corriente. Para mediciones de corriente más elevadas, también utilizan sensores de corriente de terceros que nunca se diseñaron específicamente para la medición de pérdidas en bobinas, lo que se suma a la escasa precisión y repetibilidad.
Para superar este reto a altas frecuencias, el analizador de potencia PW8001 compensa el error de fase conocido de los sensores de corriente de HIOKI y del divisor de tensión VT1005 (véase la fig. 6). En el caso de los sensores de corriente, esta compensación del error de fase la realiza automáticamente el PW8001 cuando se utiliza junto con los sensores HIOKI compatibles; esta función exclusiva es lo que denominamos «corrección automática del desplazamiento de fase».
Exclusivo: la corrección automática del desfase minimiza los errores
Para corregir los errores de medición en la diferencia de fase a altas frecuencias de conmutación, HIOKI ha desarrollado una corrección de desfase especialmente eficaz para el analizador de potencia PW8001. Para que esto funcione de forma fiable, deben cumplirse dos condiciones:
- un analizador de potencia que realice correctamente la corrección de fase,
- un sensor de corriente de flujo cero con un retardo conocido.
La corrección del desfase es comparable a la conocida función de alineación de señales (deskew) de los osciloscopios: si dos señales diferentes llegan al osciloscopio con un desfase temporal debido a la latencia, la función de alineación elimina el desfase de la señal compensando la latencia con un valor de tiempo fijo. El error de fase está directamente relacionado con el retardo del sensor de corriente. En el caso de un sensor de corriente de la serie CT68xxA de HIOKI, por ejemplo, el retardo se muestra en la figura 8. Se puede observar el retardo en nanosegundos en función de la frecuencia.
Es importante saber que un retardo de 100 ns a 100 Hz no tiene el mismo efecto que un retardo de 100 ns a 1 MHz. Esto queda claro cuando el retardo de tiempo se convierte en error de fase en grados, tal y como se muestra en la imagen 8.
El camino ideal hacia la máxima precisión
HIOKI ha desarrollado sus sensores de corriente de flujo cero junto con sus analizadores de potencia por una buena razón: es la solución para la precisión y la fiabilidad. Para compensar de forma eficaz el retraso de fase, el retraso temporal del sensor de corriente debe permanecer constante independientemente de la frecuencia. Además, los parámetros clave más importantes de los sensores de corriente se transmiten automáticamente al analizador de potencia en cuanto se conecta el sensor, y el error de fase de este se compensa automáticamente. Y ahí lo tienes: medición de las pérdidas en las bobinas. Precisa. En segundos.
Omitir la galería de productos
Precio normal:
1.788,00 €
Precio normal:
2.128,00 €
Precio normal:
2.388,00 €
PW8001
HIOKI PW8001 - Analizador de potencia modular de alta precisión de 8 canales
Analizador de potencia modular de alta precisión, hasta 8 canales, precisión básica de ±0,03 %, frecuencia de muestreo de 15 MHz
de frecuencia de muestreo, conversión A/D de 18 bits, corrección automática del desfase para los sensores de corriente
de Hioki, frecuencia de actualización de datos de 1 ms, CMRR de 110 dB a 100 kHz
Ya no está disponible
CT6875A
HIOKI CT6875A - Sensor de corriente CA/CC, 500 A / 2 MHz
El sensor de corriente CA/CC CT6875 de HIOKI está diseñado para realizar mediciones precisas de corriente en un amplio rango de frecuencias, desde CC hasta 2 MHz (modelo CT6875-01: desde CC hasta 1,5 MHz). Con una corriente nominal de 500 A, resulta ideal para I+D, evaluación de la calidad, fabricación y puesta en servicio en sectores como los sistemas de carga inalámbrica, los motores con inversor, los acondicionadores de energía fotovoltaica y las instalaciones de carga rápida para vehículos eléctricos. En combinación con el analizador de potencia PW8001, el sensor permite realizar mediciones precisas de alta frecuencia y bajo factor de potencia. Detalles técnicos: Corriente nominal: 500 A Ancho de banda de frecuencia: CT6875: desde CC hasta 2 MHzPrecisión básica: Amplitud: ±0,04 % de la lectura ±0,008 % del fondo de escala; Fase: ±0,08° Diámetro máximo del conductor: 36 mm Tensión nominal máxima a tierra: 1000 V CAT III Temperatura de funcionamiento: de -40 °C a 85 °C Requisito de impedancia de entrada: 1 MΩ o superior Terminal de salida: ME15W Longitud del cable: 3 mMás allá de las especificaciones: consulta aquí más detalles: Medición precisa de la potencia en todo tipo de aplicaciones
Modelo
Corriente nominal
Ancho de banda
Precisión básica
Diámetro máximo del conductor
CT6877A
2000 A
CC – 1 MHz
0,04 % de la lectura
Ø 80 mm
CT6876A
1000 A
CC – 1,5 MHz
0,04 % de la lectura
Ø 36 mm
CT6875A
500 A
CC – 2 MHz
0,04 % de la lectura
Ø 36 mm
CT6904A
500 A
CC – 4 MHz
±0,025 % de la lectura
Ø 32 mm
CT6873
200 A
CC – 10 MHz
±0,03 % de la lectura
Ø 24 mm
CT6872
50 A
CC – 10 MHz
±0,03 % de la lectura
Ø 24 mm
CT6863-05
200 A
CC – 500 kHz
±0,05 % de la lectura
Ø 24 mm
CT6862-05
50 A
CC – 1 MHz
±0,05 % de la lectura
Ø 24 mm
CT6845A
HIOKI CT6845A - Pinza amperimétrica de CA/CC, Fluxgate, 500 A / 200 kHz
Pinza amperimétrica de CA/CC con tecnología avanzada «fluxgate», corriente nominal de 500 A, precisión básica de ±0,2 % de la lectura, amplio rango de temperaturas de -40 °C a 85 °C, ancho de banda de CC a 200 kHz, diámetro máximo del conductor de 50 mm y longitud del cable de 3 m.
CT6876A
HIOKI CT6876A - Sensor de corriente CA/CC, 1000 A / 1,5 MHz
Descripción del producto: Sensor de corriente CA/CC CT6876. El sensor de corriente CA/CC CT6876 está diseñado para realizar mediciones precisas de corriente en un amplio rango de frecuencias, desde corriente continua hasta 1,5 MHz. Con una corriente nominal de 1000 A, es ideal para aplicaciones exigentes en sectores como los motores con inversor, los vehículos eléctricos y la electrónica de potencia.El sensor ofrece una excelente resistencia al ruido y una alta precisión, lo que lo convierte en la mejor opción para mediciones de alta corriente y alta velocidad. Cuando se combina con los analizadores de potencia de Hioki, garantiza mediciones precisas de la eficiencia de conversión de potencia, especialmente en entornos de alta frecuencia.Detalles técnicos:Modelo: CT6876 Corriente nominal: 1000 A Ancho de banda de frecuencia: CC a 1,5 MHzPrecisión básica: Amplitud: ±0,04 % de la lectura ±0,008 % del fondo de escala. Fase: ±0,1° Diámetro máximo del conductor: 36 mm Tensión nominal máxima a tierra: 1000 V CAT III Temperatura de funcionamiento: de -40 °C a 85 °CRequisito de impedancia de entrada: 1 MΩ o superior Terminal de salida: ME15W
Modelo
Corriente nominal
Ancho de banda
Precisión básica
Diámetro máximo del conductor
CT6877A
2000 A
CC – 1 MHz
0,04 % de la lectura
Ø 80 mm
CT6876A
1000 A
CC – 1,5 MHz
0,04 % de la lectura
Ø 36 mm
CT6875A
500 A
CC – 2 MHz
0,04 % de la lectura
Ø 36 mm
CT6904A
500 A
CC – 4 MHz
±0,025 % de la lectura
Ø 32 mm
CT6873
200 A
CC – 10 MHz
±0,03 % de la lectura
Ø 24 mm
CT6872
50 A
CC – 10 MHz
±0,03 % de la lectura
Ø 24 mm
CT6863-05
200 A
CC – 500 kHz
±0,05 % de la lectura
Ø 24 mm
CT6862-05
50 A
CC – 1 MHz
±0,05 % de la lectura
Ø 24 mm
VT1005
HIOKI VT1005: divisor de tensión de alta precisión de 5000 V CA/CC para el análisis avanzado de la potencia
Divisor de alta tensión CA/CC de hasta 5 kVrms, ancho de banda de CC a 4 MHz (–3 dB), relación de división de 1000:1, precisión en CC de ±0,08 %, precisión de ±0,04 % a 50/60 Hz, planicidad de amplitud de ±0,1 % hasta 200 kHz, planicidad de fase de ±0,1° hasta 500 kHz, CMRR de 80 dB a 100 kHz, salida BNC
CT6904A
HIOKI CT6904A - Sensor de corriente CA/CC de alta precisión, 500 A / 4 MHz
Sensor de corriente CA/CC de alta precisión de paso directo con sensor fluxgate de flujo cero, hasta 500 A, ancho de banda de CC a 4 MHz, CMRR de 120 dB a 100 kHz, linealidad de ±5 ppm, respuesta en frecuencia plana, cable de 3 m con conector ME15W.