Vermogensvermindering bij stroomsensoren: wat is dat en waarom?
In een artikel over het meten van gelijkstroom en bandbreedte schreef ik dat „de vermogensbeperking van een stroomsensor en de bandbreedte van de sensor niets met elkaar te maken hebben”.
Bandbreite und Derating – zwei unterschiedliche Dinge
Die Bandbreite eines Stromsensors beschreibt, wie schnell er auf Änderungen im Strom reagieren kann. Wie bei einem Oszilloskop legt sie fest, bis zu welcher Frequenz das Ausgangssignal noch dem Eingangsstrom folgt – und ab wann es um –3 dB abgesenkt ist.
Das Derating beantwortet dagegen eine andere Frage:
Welcher Eingangsstrom ist bei welcher Frequenz noch zulässig?
Beispiel: die Derating-Kurve des CT6877A
Ein Blick auf die Frequenz-Derating-Kurve des HIOKI Zero-Flux-Stromsensors CT6877A macht das deutlich.
Die Datenblätter nennen einen maximalen Eingangsstrom von 2000 A und eine Bandbreite von 1 MHz. Diese Werte gelten für den Dauerbetrieb bei einer maximalen Umgebungstemperatur von 85 °C (orange Linie). Bei niedrigerer Temperatur – wie in der blauen Linie dargestellt – liegt der zulässige Strom höher.
Bis etwa 300 Hz bleibt der maximal zulässige Eingangsstrom konstant. Ab dort fällt er ab:
- bei 10 kHz sind es nur noch 600 A
- bei 1 MHz lediglich 10 A
Warum sinkt der zulässige Strom?
Die Kurve zeigt den Grund recht deutlich: Wärme.
Bei niedrigerer Umgebungstemperatur darf mehr Strom fließen (blaue Linie), bei höherer Temperatur entsprechend weniger (orange Linie).
Die Umgebungstemperatur ist jedoch nur ein Faktor. Wichtiger sind die Verlustwärme in der Elektronik sowie zusätzliche Erwärmung durch Wirbelströme bei höheren Frequenzen.
Wann ist das relevant?
Bei der Messung von 50-Hz-AC-Strömen mit ein paar Oberwellen oder DC-Strömen aus einer Batterie spielt das Derating in der Regel keine große Rolle. Ganz anders sieht es aus, wenn Ströme am Ausgang eines Wechselrichters erfasst werden.
Im Leistungsprofil eines Wechselrichters liegt die höchste Energie meist in einem Frequenzbereich, in dem das Derating noch nicht greift. Aber gerade im Bereich der Schaltfrequenz ist es entscheidend, dass auch kleinere Stromanteile präzise gemessen werden – insbesondere bei der Leistungsanalyse.
Mit modernen Technologien wie SiC und GaN steigen die Schaltfrequenzen, und damit wächst die Bedeutung von Sensoren, deren Derating-Kurve solche Frequenzen zuverlässig abdeckt.
Sensoren im Wandel: ein Blick zurück
Die Anforderungen an das Derating haben sich über die Jahre deutlich verändert.
Ein Beispiel:
- Die CT6844-05 war für 500 A spezifiziert und erlaubte bei 20 kHz noch 100 A – ein beachtlicher Wert für eine Stromzange mit geteiltem Magnetkern.
- Ihr Nachfolger, die CT6844A, hat ebenfalls 500 A als Maximalwert, liegt bei 20 kHz aber schon bei rund 250 A.
Das zeigt, wie sich die Technik weiterentwickelt hat, um den steigenden Frequenzen moderner Anwendungen gerecht zu werden.
Zero-Flux-Stromsensoren: Wie in „Zurück in die Zukunft“?
Fazit
Das Derating beschreibt den maximal zulässigen Eingangsstrom eines Stromsensors über die gesamte Bandbreite. Die Derating-Kurve ist ein zentrales Werkzeug, um sicherzustellen, dass auch höhere Frequenzanteile zuverlässig gemessen werden können.
Die in diesem Artikel genannten Beispiele stammen aus der Familie der Zero-Flux-Stromzangen. Woher der Name „Zero Flux“ stammt, wird in diesem Artikel erläutert:
Productgalerij overslaan
Verkoopprijs:
€ 1.702,40
Normale prijs:
€ 2.128,00
Normale prijs:
€ 1.948,00
Normale prijs:
€ 2.018,00
Normale prijs:
€ 2.128,00
Normale prijs:
€ 2.498,00
Normale prijs:
€ 1.788,00
Normale prijs:
€ 2.388,00
Normale prijs:
€ 2.288,00
Normale prijs:
€ 2.368,00
20
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
CT6877A
HIOKI CT6877A - AC/DC-stroomsensor, 2000 A / 1 MHz
De pass-through AC/DC-stroomsensoren van Hioki zijn hoogwaardige apparaten voor gebruik in combinatie met vermogensmeters, HiCorders met geheugen en hoogwaardige oscilloscopen.
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
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
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
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
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
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
CT6833
HIOKI CT6833 - Superslanke, uiterst nauwkeurige AC/DC-stroomtang, 200 A / 50 kHz
Ultradunne AC/DC-stroomtang met geavanceerde fluxgate-technologie, nominaal stroomvermogen van 200 A, frequentiebandbreedte van DC tot 50 kHz, hoge nauwkeurigheid ±0,07% van de aflezing, breed temperatuurbereik van -40 °C tot +85 °C, maximale geleiderdiameter 20 mm, kabellengte 5 m
CT6834
HIOKI CT6834 - Superslanke, uiterst nauwkeurige AC/DC-stroomtang, 500 A / 50 kHz
Ultradunne AC/DC-stroomtang met geavanceerde fluxgate-technologie, nominaal stroomvermogen van 500 A, frequentiebandbreedte van DC tot 50 kHz, hoge nauwkeurigheid van ±0,07% van de aflezing, breed temperatuurbereik van -40 °C tot +85 °C, maximale geleiderdiameter van 20 mm, kabellengte van 5 m