Phase Shift Correction: It takes two to tango

Kai Scharrmann, Roy Hali · 13.11.2024

Leistungselektronik · 4 min. reading duration

Faseverschuivingscorrectie bij vermogensanalyse is net als het dansen van een tango: daar zijn twee dingen voor nodig – de vermogensanalysator die deze functie ondersteunt en een geschikte sensor met een bekende fasevertraging. Als een van beide ontbreekt… nou ja… stel je die tango dan maar eens voor…

Phase Shift Correction: It takes two to tango

Kai Scharrmann, Roy Hali

Het gebruik van shunts voor het meten van stromen bij vermogensanalyses kan een optie zijn voor kleine stromen, maar bij het meten van stromen boven 30 A komen doorgaans stroomsensoren in beeld.

Elke stroomsensor ter wereld veroorzaakt echter een geleidelijk toenemende fasefout in het hoogfrequente bereik als gevolg van groepsvertragingen in de schakeling. Bovendien zorgen verschillen in het ontwerp van diverse sensormodellen ervoor dat de omvang van deze fout varieert.

Met een faseverschuivingscorrectiefunctie kan deze fout worden gecompenseerd. Om een dergelijke faseverschuivingscorrectiefunctie goed te laten werken, zijn twee zaken nodig:

• Een vermogensanalysator die de juiste berekeningen in zijn software uitvoert

• Een stroomsensor met een bekende faseverschuiving

Een goede manier om de berekeningen in de software van de vermogensanalysator uit te leggen, is door deze te vergelijken met de „deskew“-functie van een oscilloscoop: als twee verschillende signalen vanwege vertragingen op verschillende tijdstippen bij de oscilloscoop aankomen, kunt u met de „deskew“-functie die signalen op één lijn brengen door de vertraging te compenseren met een vaste tijdswaarde.

Wanneer u een HIOKI-stroomsensor uit de CT68xxA-serie aansluit op de PW8001-vermogensanalysator van HIOKI, wordt de faseverschuiving automatisch gecorrigeerd. Dit is in principe hetzelfde concept, aangezien faseverschuiving in wezen een tijdsvertraging is tussen stroom en spanning. Hieronder ziet u bijvoorbeeld hoe deze vertraging eruitziet voor een HIOKI-stroomsensor uit de CT68xxA-serie. De vertraging wordt weergegeven in nanoseconden als functie van de frequentie:

Figure 2 Time delay of HIOKI CT68xxA sensors.

Een vertraging van 100 ns bij 100 Hz heeft niet hetzelfde effect als een vertraging van 100 ns bij 1 MHz. Dit wordt duidelijk wanneer we de bovengenoemde tijdvertraging omzetten in fasevertragingen, uitgedrukt in graden:

Om het net zo eenvoudig te maken als hierboven beschreven, heb je natuurlijk een stroomsensor nodig waarbij de tijdvertraging onafhankelijk van de frequentie constant blijft. Dit is het geval bij de HIOKI-stroomsensoren uit de CT68xxA-serie. Net als bij de deskew-functie hoeft u dus alleen de stroomsensor aan te sluiten op de PW8001-vermogensanalysator en wordt de fasefout automatisch gecompenseerd.

Dit is een van de aspecten die HIOKI-sensoren uniek maken – in vergelijking met andere stroomsensoren die momenteel op de markt verkrijgbaar zijn, waarbij de tijdvertraging over de frequentieband er als volgt uit zou zien:

Figure 4: Typical sensors compared to HIOKI CT68xxA series

Een sensor waarbij de waarden voor de tijdvertraging variëren afhankelijk van de frequentie, maakt de faseverschuivingscompensatie in een vermogensanalysator aanzienlijk moeilijker. Want welke waarde gebruik je dan als „deskew“-parameter?

Wat de HIOKI-stroomsensoren bovendien uniek maakt, is dat het voor de fasevertraging niet uitmaakt waar de draadkern zich in de sensor bevindt op het moment dat je de meting uitvoert:

Figure 6: HIOKI CT68xxA's phase delay and wire core position

De reden waarom je slechts één enkele lijn in de grafiek ziet, is dat de fasevertragingscurves voor alle vijf meetposities identiek zijn. Nogmaals, dit is geen standaardkenmerk van de stroomsensoren die momenteel op de markt zijn. Meestal maakt de positie van de draadkern binnen de sensor wel degelijk een verschil, zoals je in de onderstaande grafiek kunt zien:

Figure 7: Typical sensor's phase delay and wire position

Zoals u kunt zien, is faseverschuivingscompensatie niet mogelijk zonder een vermogensanalysator die deze functie ondersteunt. Maar zoals u ook kunt zien, kunt u alleen met de combinatie van een vermogensanalysator en een geschikte stroomsensor een correcte faseverschuivingscompensatie in uw metingen uitvoeren.

HIOKI legt zich al vele jaren toe op de productie van sensoren voor vermogensmetingen, waardoor de faseverschuivingskarakteristieken altijd een aandachtspunt zijn geweest voor de ingenieurs van HIOKI. Tegelijkertijd zijn sensoren van andere fabrikanten doorgaans alleen ontworpen voor nauwkeurige (gelijkstroom)stroommetingen, waarbij de faseverschuivingskenmerken minder belangrijk zijn.

Figure 8: Power Analysis - it takes two....

Daarom vormen de vermogensanalysatoren van HIOKI in combinatie met de HIOKI-stroomsensoren de perfecte combinatie voor uw breedbandige vermogensanalyse-toepassingen, van gelijkstroom tot hoge frequenties. Want net als bij de tango zijn er twee nodig.

Wilt u meer weten over stroomsensoren? Lees dan ons artikel: Stroomsensoren: hoe groot is de drift?

Lees meer over onze stroomsensoren

PW8001

HIOKI PW8001 - Modulaire, uiterst nauwkeurige vermogensanalysator met 8 kanalen

Modulaire, uiterst nauwkeurige vermogensanalysator, tot 8 kanalen, basisnauwkeurigheid van ±0,03%, 15 MHz bemonsteringsfrequentie, 18-bits A/D-conversie, automatische faseverschuivingscorrectie voor Hioki-stroomsensoren , gegevensvernieuwingsfrequentie van 1 ms, CMRR 110 dB bij 100 kHz

Niet langer beschikbaar

CT6875A

HIOKI CT6875A - AC/DC-stroomsensor, 500 A / 2 MHz

De HIOKI CT6875 AC/DC-stroomsensor is ontworpen voor nauwkeurige stroommetingen over een breed frequentiebereik, van gelijkstroom tot 2 MHz (model CT6875-01: gelijkstroom tot 1,5 MHz). Met een nominale stroomsterkte van 500 A is deze sensor ideaal voor R&D, kwaliteitsbeoordeling, productie en onderhoud in sectoren zoals draadloze oplaadsystemen, motoren met omvormer, PV-stroomomvormers en snellaadfaciliteiten voor elektrische voertuigen. In combinatie met de vermogensanalysator PW8001 maakt de sensor nauwkeurige metingen bij hoge frequenties en lage vermogensfactoren mogelijk. Technische gegevens: Nominale stroom: 500 A Frequentiebandbreedte: CT6875: DC tot 2 MHzBasisnauwkeurigheid: Amplitude: ±0,04 % van de aflezing ±0,008 % van het volledige bereik, Fase: ±0,08° Maximale geleiderdiameter: 36 mm Maximale nominale spanning ten opzichte van aarde: 1000 V CAT III Bedrijfstemperatuur: -40 °C tot 85 °C Vereiste ingangsimpedantie: 1 MΩ of hoger Uitgangsaansluiting: ME15W Kabellengte: 3 mMeer dan alleen specificaties – bekijk hier meer details: Nauwkeurig vermogen meten – voor alle toepassingen Model Nominale stroom Bandbreedte Basisnauwkeurigheid Max. geleiderdiameter CT6877A 2000 A DC – 1 MHz 0,04 % van de aflezing Ø 80 mm CT6876A 1000 A DC – 1,5 MHz 0,04 % van de aflezing Ø 36 mm CT6875A 500 A DC – 2 MHz 0,04 % van de aflezing Ø 36 mm CT6904A 500 A DC – 4 MHz ±0,025 % van de aflezing Ø 32 mm CT6873 200 A DC – 10 MHz ±0,03 % van de aflezing Ø 24 mm CT6872 50 A DC – 10 MHz ±0,03 % van de aflezing Ø 24 mm CT6863-05 200 A DC – 500 kHz ±0,05 % van de aflezing Ø 24 mm CT6862-05 50 A DC – 1 MHz ±0,05 % van de aflezing Ø 24 mm

€ 1.788,00

Details

CT6845A

HIOKI CT6845A - AC/DC-stroomtang, fluxgate, 500 A / 200 kHz

AC/DC-stroomtang met geavanceerde fluxgate-technologie, nominale stroomsterkte 500 A, basisnauwkeurigheid ±0,2 % van de aflezing, breed temperatuurbereik van -40 °C tot 85 °C, bandbreedte van DC tot 200 kHz, maximale geleiderdiameter 50 mm, kabellengte 3 m

€ 2.128,00

Details

CT6876A

HIOKI CT6876A - AC/DC-stroomsensor, 1000 A / 1,5 MHz

Productbeschrijving voor de CT6876 AC/DC-stroomsensor De CT6876 AC/DC-stroomsensor is ontworpen voor nauwkeurige stroommetingen met een breed frequentiebereik van DC tot 1,5 MHz. Met een nominale stroomsterkte van 1000 A is hij ideaal voor veeleisende toepassingen in sectoren zoals omvormermotoren, elektrische voertuigen en vermogenselektronica.De sensor biedt een uitstekende ruisbestendigheid en hoge precisie, waardoor hij de beste keuze is voor metingen bij hoge stroomsterktes en hoge snelheden. In combinatie met de vermogensanalysatoren van Hioki garandeert hij nauwkeurige metingen van de vermogensomzettingsrendement, met name in hoogfrequente omgevingen.Technische gegevens:Model: CT6876 Nominale stroom: 1000 A Frequentiebandbreedte: DC tot 1,5 MHzBasisnauwkeurigheid: Amplitude: ±0,04% van de aflezing ±0,008% van het volledige bereik. Fase: ±0,1° Maximale geleiderdiameter: 36 mm Maximale nominale spanning ten opzichte van aarde: 1000 V CAT III Bedrijfstemperatuur: -40 °C tot 85 °CVereiste ingangsimpedantie: 1 MΩ of hoger Uitgangsaansluiting: ME15W Model Nominale stroomsterkte Bandbreedte Basisnauwkeurigheid Max. geleiderdiameter CT6877A 2000 A DC – 1 MHz 0,04 % van de aflezing Ø 80 mm CT6876A 1000 A DC – 1,5 MHz 0,04 % van de aflezing Ø 36 mm CT6875A 500 A DC – 2 MHz 0,04 % van de aflezing Ø 36 mm CT6904A 500 A DC – 4 MHz ±0,025 % van de aflezing Ø 32 mm CT6873 200 A DC – 10 MHz ±0,03 % van de aflezing Ø 24 mm CT6872 50 A DC – 10 MHz ±0,03 % aflezing Ø 24 mm CT6863-05 200 A DC – 500 kHz ±0,05 % van de aflezing Ø 24 mm CT6862-05 50 A DC – 1 MHz ±0,05 % van de aflezing Ø 24 mm

€ 2.388,00

Details

CT6844A

HIOKI CT6844A - Zeer nauwkeurige AC/DC-stroomtang, 500 A / 500 kHz

AC/DC-stroomtang met geavanceerde fluxgate-technologie, nominale stroomsterkte 500 A, basisnauwkeurigheid ±0,2% van de aflezing, breed temperatuurbereik van -40 °C tot 85 °C, brede bandbreedte van DC tot 500 kHz, maximale geleiderdiameter 20 mm, kabellengte 3 m

€ 1.702,40 € 2.128,00

Details

CT6841A

HIOKI CT6841A - Zeer nauwkeurige AC/DC-stroomtang, 20 A / 2 MHz

AC/DC-stroomtang met geavanceerde fluxgate-technologie, nominale stroomsterkte 20 A, basisnauwkeurigheid ±0,2 % van de aflezing, breed temperatuurbereik van -40 °C tot 85 °C, brede bandbreedte van DC tot 2 MHz, maximale geleiderdiameter 20 mm, kabellengte 3 m

€ 1.948,00

Details

CT6846A

HIOKI CT6846A - Zeer nauwkeurige AC/DC-stroomtang, 1000 A / 100 kHz

AC/DC-stroomtang met geavanceerde fluxgate-technologie, nominale stroomsterkte 1000 A, basisnauwkeurigheid ±0,2% van de aflezing, breed temperatuurbereik van -40 °C tot 85 °C, bandbreedte van DC tot 100 kHz, maximale geleiderdiameter 50 mm, kabellengte 3 m

€ 2.498,00

Details

CT6843A

HIOKI CT6843A - Zeer nauwkeurige AC/DC-stroomtang, 200 A / 700 kHz

AC/DC-stroomtang met geavanceerde fluxgate-technologie, nominale stroomsterkte 200 A, basisnauwkeurigheid ±0,2% van de aflezing, breed temperatuurbereik van -40 °C tot 85 °C, brede bandbreedte van DC tot 700 kHz, maximale geleiderdiameter 20 mm, kabellengte 3 m

€ 2.018,00

Details