De nieuwe generatie vermogensanalysator: ideaal voor SiC en GaN

SiC und GaN-Komponenten ermöglichen es, den Wirkungsgrad von Wandlerschaltungen weiter zu verbessern und gleichzeitig deren Größe und Gewicht zu reduzieren. Ein entscheidender Vorteil der geringeren Größe ist, dass sie mehr Flexibilität beim Design von Leiterplatten auf engem Raum schafft. Aber wie immer gibt es auch eine Kehrseite. SiC- und GaN-Halbleiter werden mit höheren Schaltfrequenzen betrieben als herkömmliche Halbleiter auf Si-Basis, erzeugen mehr Rauschen und erfordern daher bei der Messung einen Leistungsanalysator mit höherer Bandbreite und besserer Störfestigkeit. 

Der Leistungsanalysator PW8001 in Kombination mit HIOKI-Stromsensoren ist die perfekte Wahl für diese Herausforderung. Branchenführende Genauigkeit bei DC-Leistungsmessungen und bei Frequenzen von 50 kHz oder mehr, kombiniert mit der beispiellosen Gleichtaktunterdrückung (CMRR) sowohl für den PW8001 als auch für die HIOKI-Stromsensoren, garantieren extrem genaue und unbeeinflusste Messungen, selbst bei extremer Störsignalbelastung. 

Für die Entwicklung eines hocheffizienten kabellosen Ladegeräts oder eines Inverter-Motor-Antriebs für Elektrofahrzeuge oder Drohnen ist die Genauigkeit des Messsystems entscheidend; selbst die geringsten Effizienzverbesserungen müssen zu messen sein. Das bedeutet, dass der Leistungsanalysator sowohl Gleichstrom als auch hohe Frequenzen von 50 kHz oder darüber mit der größtmöglichen Genauigkeit messen sollte. Der PW8001 bietet ideale Lösungen für diese Art von Aufgaben. 

Mit dem hochpräzisen Eingangsmodul U7005, das eine Abtastrate von 15 MSamples/s ermöglicht, wird eine Leistungsgenauigkeit von 0,05 Prozent bei Gleichstrom, 0,03 Prozent bei 50/60 Hz und der absolute Marktbestwert von 0,2 Prozent bei 50 kHz erreicht.

Vermogensanalysator voor 1500 V DC CAT II

De trend naar steeds krachtigere zonneparken vereist ook een verhoging van de bedrijfsspanning. Tegenwoordig is 1500 V DC de norm. Bovendien worden zonneparken gecombineerd met lokale opslaginstallaties om het net in evenwicht te houden of 24 uur per dag energie te leveren. Een ander gebied waar steeds vaker hogere spanningen worden aangetroffen, is de elektrificatie van zware vrachtwagens en bussen. Terwijl gewone elektrische voertuigen gebruikmaken van gelijkstroomsystemen van 400 V of 800 V, schakelt de transportsector over op gelijkstroomsystemen van 1200 V om het systeemvermogen te verhogen en de oplaadtijd te verkorten. 

Om een oplossing te bieden voor vermogensmetingen in het kader van deze nieuwe technologische trends op het gebied van hoogspanning, heeft Hioki de ingangsmodule U7001 ontwikkeld en is daarmee de eerste aanbieder op de markt met een vermogensanalysator voor 1500 V DC CAT II als tafelmodel. Dankzij deze classificatie kan de PW8001 worden ingezet voor de ontwikkeling en productiebegeleidende tests van vermogensregelaars in de PV-techniek, aandrijflijnen en snellaadproducten voor elektrische bedrijfsvoertuigen met een systeemspanning van meer dan 1000 V DC.

Afbeelding 1: De ontwikkeling van aandrijfsystemen voor krachtige drones verloopt steeds efficiënter.

Analyse van aandrijfsystemen met vier motoren

Tegenwoordig worden drones voor tal van toepassingen ingezet, bijvoorbeeld voor video-opnames vanuit de lucht of inspecties in gevaarlijke omgevingen. AED-drones die zijn uitgerust met een defibrillator kunnen zelfs levens redden, omdat ze op drukbezochte locaties zoals festivals of stadscentra sneller ter plaatse kunnen zijn dan een ambulance. Bij al deze drones zijn de betrouwbaarheid en efficiëntie van de aandrijflijn van cruciaal belang, want elke verbetering van de efficiëntie leidt tot een grotere actieradius. 

De PW8001, die vier motoren tegelijkertijd kan analyseren, is het perfecte ontwikkelingsinstrument voor drones en andere aandrijfsystemen met vier motoren, zoals bijvoorbeeld elektrische voertuigen met in-wheel-motoren en industriële robots. De gelijktijdige analyse van vier motoraandrijvingen maakt een aanzienlijk eenvoudigere en snellere afstemming van de aandrijflijn mogelijk en leidt tot efficiëntere en betrouwbaardere ontwerpen.

Automatische faseverschuivingscorrectie

Bij de ontwikkeling van opwaartse omvormers voor hybride of elektrische voertuigen of actieve systemen voor reactiefvermogenscorrectie voor het elektriciteitsnet is het meten van het vermogensverlies van smoorspoelen en transformatoren essentieel. De inductieve eigenschappen van deze componenten bemoeilijken een nauwkeurige meting, met name bij hoge frequenties. Een van de redenen hiervoor is dat spanning en stroom precies op hetzelfde moment moeten worden gemeten om het werkvermogen te kunnen bepalen. Stroomsensoren hebben echter altijd een tijdsvertraging. Om het vermogensverlies van een smoorspoel of transformator toch nauwkeurig te kunnen meten, moet de tijdvertraging van de stroomsensoren over het gehele frequentiebereik worden geëlimineerd. De nieuwe, wereldwijd unieke functie voor automatische correctie van de faseverschuiving (Automatic Phase Shift Correction, APSC) maakt dit zelfs mogelijk als „plug-and-play“. De APSC-functie, die voor het eerst beschikbaar is in de PW8001, garandeert een ongeëvenaarde nauwkeurigheid bij verliesmetingen aan hoogfrequente smoorspoelen en transformatoren. Om de correctie van de faseverschuiving correct te laten werken, zijn twee zaken vereist:

• een stroomsensor met een bekende, constante tijdvertraging
• een vermogensanalysator die de vertraging kan compenseren

Als wereldwijd enige fabrikant van vermogensanalysatoren die ook stroomsensoren ontwikkelt en produceert, bevindt Hioki zich in de unieke positie om zijn eigen stroomsensoren voor de APSC-functie zo te optimaliseren dat ze over het gehele frequentiebereik een constante tijdvertraging vertonen. De Hioki-stroomsensoren uit de CT68- en CT69-serie zijn zo ontworpen dat ze over het gehele frequentiebereik een constante tijdvertraging bereiken, zoals weergegeven in afbeelding 2.

Afbeelding 2: Tijdvertraging van de HIOKI-sensoren CT68xx

Andere stroomsensoren die op de markt verkrijgbaar zijn, zijn doorgaans ontworpen voor een geringe faseverschuiving bij hoge frequenties. Daardoor hebben deze stroomsensoren geen constante tijdvertraging over het gehele frequentiebereik. Dit wordt geïllustreerd in figuur 3, die de tijdvertraging weergeeft van een vergelijkbare, in de handel verkrijgbare sensor.

Afbeelding 3: Tijdsvertraging van een gangbare sensor in vergelijking met de CT68xx-serie van HIOKI

Aangezien de tijdvertraging van de vergelijkbare sensor schommelt tussen 100 ns en 20 ns, wordt duidelijk dat de stroomsensor vanwege deze constructie niet geschikt is voor fasecorrectie, aangezien de vermogensanalysator niet in staat is om de tijdvertraging bij alle door hem gemeten frequenties te compenseren.

Afbeelding 4: Fasevertraging van de CT68xx van HIOKI, afhankelijk van de positie van de geleider

Ook de positie van de geleider in de stroomsensor kan de nauwkeurigheid van de meting beïnvloeden. Dit wordt weergegeven in figuur 4 en 5. In figuur 4 (HIOKI-sensor) liggen alle curven precies over elkaar, wat aantoont dat de positie van de geleider geen invloed heeft op de fasevertraging.

Afbeelding 5: Fasevertraging van een typische sensor, afhankelijk van de positie van de geleider

Dezelfde tests zijn uitgevoerd met een vergelijkbare stroomsensor van een concurrent; het resultaat in figuur 5 laat een zeer uiteenlopend verloop van de curve zien. Bij deze sensor heeft de positie van de geleider invloed op de fasevertraging bij frequenties boven 100 kHz en beïnvloedt deze de totale nauwkeurigheid van de vermogensmeting bij hoge frequenties, zoals bij het gebruik van SiC- en GaN-halfgeleiders.

Optimale flexibiliteit en nauwkeurigheid

Steeds complexere toepassingen, zoals systemen voor hernieuwbare energie met lokale opslag, netaansluiting en het opladen van elektrische voertuigen, vereisen een steeds groter aantal meetkanalen om het dynamische vermogensgedrag van een systeem te kunnen analyseren. De PW8001 is modulair opgebouwd met maximaal acht vermogenskanalen in één apparaat, waarbij u vrij kunt kiezen tussen de hoogspanningsmodule U7001 en de uiterst nauwkeurige ingangsmodule U7005. Zo biedt de PW8001 u de mogelijkheid om uw op maat gemaakte oplossing voor vermogensmetingen samen te stellen.