Zaloguj się
Koszyk
Dzielnik Wysokiego Napięcia HIOKI VT1005 jest ważnym dodatkiem do rozwiązań pomiaru mocy. W połączeniu z analizatorem mocy, VT1005 umożliwia dokładny pomiar mocy do 5 kV, co stanowi dużą przewagę nad obecnie dostępnymi rozwiązaniami z sondami różnicowymi, zwłaszcza w zastosowaniach wysokiego napięcia i wysokiej częstotliwości z półprzewodnikami SiC i GaN. Jest to również idealny wybór do pomiaru strat cewek i transformatorów WN (wysokiego napięcia) ze względu na jego pasmo 4 MHz.
W związku z postępującą elektryfikacją naszego społeczeństwa rośnie szybko potrzeba większej ilości energii elektrycznej. Jednym ze sposobów zaspokojenia tej potrzeby jest zwiększenie napięcia systemu. Oczywistymi zastosowaniami są ultraszybkie ładowarki do pojazdów elektrycznych (EV) oraz wszelkiego rodzaju przetwornice mocy i transformatory półprzewodnikowe, które zwiększają elastyczność i zmniejszają straty w sieci energetycznej. Instrumenty do pomiaru mocy, takie jak Analizator Mocy HIOKI PW8001, mogą mierzyć moc do napięcia 1500 Vdc. Dzielnik Wysokiego Napięcia VT1005 oferuje teraz rozwiązanie do dokładnych pomiarów napięcia i mocy do 5000 Vrms
VT1005 jest wysoce odporny zarówno na zakłócenia w trybie wspólnym (common-mode), jak i zakłócenia wysokiej częstotliwości, co pozwala mu dokładnie mierzyć napięcie nawet w głośnych środowiskach. Ponieważ urządzenia konwertujące, takie jak inwertery, są źródłami zakłóceń, odporność na zakłócenia jest ważnym czynnikiem w ocenie efektywności energetycznej. Konstrukcja VT1005 z pływającym wejściem różnicowym (floating differential input) eliminuje zakłócenia w trybie wspólnym. Dzieje się tak, ponieważ ten sam sygnał zakłócający zostanie odebrany w obu kablach połączeniowych i anulowany w wzmacniaczu różnicowym, który wzmacnia tylko różnice na wejściu.
Urządzenia zasilające SiC, a w jeszcze większym stopniu GaN, charakteryzują się szybką reakcją narastania i opadania napięcia, a ich przebiegi wyjściowe zawierają liczne składowe wysokiej częstotliwości. Porównując napięcie wyjściowe VT1005 z podobnym dzielnikiem napięcia dostępnym na rynku, stwierdzamy, że produkt konkurencji wykazuje „efekt dzwonienia” (ringing effect), podczas gdy VT1005 go nie wykazuje (patrz rys. 2). Taki efekt dzwonienia występuje, ponieważ impulsy wejściowe wysokiego napięcia (WN) powodują, że pojemności i indukcyjności pasożytnicze w obwodzie rezonują z ich charakterystyczną częstotliwością. Pojemności i indukcyjności pasożytnicze nie są częścią projektu, lecz produktami ubocznymi komponentów w układzie obwodu.
Taki efekt dzwonienia ma negatywny wpływ na dokładność pomiaru napięcia i mocy i dlatego musi być unikany.
Aby jeszcze bardziej zwiększyć wydajność systemów zasilania, półprzewodniki SiC i GaN stają się popularnymi urządzeniami przełączającymi. Częstotliwość przełączania półprzewodników SiC wynosi 50 kHz lub więcej, a GaN może osiągnąć nawet 1 MHz. Utrudnia to dokładny pomiar efektywności energetycznej, ponieważ dokładność musi być gwarantowana w szerokim spektrum częstotliwości – od prądu stałego (DC) do 1 MHz lub nawet więcej.
Aby zrealizować tak dokładny pomiar mocy, systemy pomiarowe mocy HIOKI mają doskonałą płaskość charakterystyki częstotliwościowej (frequency flatness), tj. stabilność pomiaru, co umożliwia stałą dokładność pomiaru w szerokim zakresie częstotliwości. Jest to kluczowe, aby docelowy wzrost efektywności był mierzalny i ocenialny. Na przykład, aby zmierzyć poprawę efektywności o 0,01%, konieczna jest dokładność wzmocnienia (gain accuracy) na poziomie 0,1%, a błąd fazowy musi mieścić się w granicach 0,1°.
Powyższe dwa wykresy pokazują błąd wzmocnienia i fazy dla trzech indywidualnych VT1005 oraz innego trójfazowego dzielnika wysokiego napięcia dostępnego na rynku. Uderzające jest to, że linie ciągłe VT1005 są trudne do rozróżnienia, ponieważ są prawie identyczne i dlatego się nakładają, podczas gdy trzy linie kropkowane drugiego dzielnika napięcia są znacznie bardziej rozbieżne, co wskazuje na niższą dokładność. Ponadto, błąd wzmocnienia i fazy przy wyższych częstotliwościach jest większy w przypadku tego drugiego dzielnika napięcia, co czyni go nieodpowiednim do zastosowań wykorzystujących półprzewodniki SiC lub GaN. Ponieważ zarówno Dzielnik Wysokiego Napięcia VT1005, jak i czujniki prądu są projektowane i produkowane przez HIOKI, są one zoptymalizowane do użycia w połączeniu z Analizatorami Mocy HIOKI. Pozwala to na osiągnięcie wyjątkowej wydajności zarówno pod względem dokładności wzmocnienia, jak i fazy w całym zakresie częstotliwości, gdy aktywowana jest funkcja korekcji przesunięcia fazowego analizatora mocy (patrz rys. 4).
Pomiar efektywności dla systemów bezprzewodowego transferu mocy (WPT) Napięcie wyjściowe zastosowań WPT wynosi zwykle do 3 kV, ponieważ przesyłanie mocy przy wyższym napięciu może zmniejszyć straty mocy podczas transmisji. Dlatego oceny efektywności WPT wymagają dokładnego pomiaru wysokiego napięcia. Ponieważ WPT przesyła moc przez cewki, część nadawcza/odbiorcza ma bardzo niski współczynnik mocy (power factor). Gdy współczynnik mocy jest niski, błąd fazowy znacznie wpływa na zmierzoną wartość, więc pomiar mocy z niskim błędem fazowym jest niezbędny.
Pasmo pomiarowe VT1005, obejmujące zakres od DC do 4 MHz, pozwala mierzyć napięcie od prądu stałego do wysokich częstotliwości. Ponadto, doskonała płaskość charakterystyk amplitudy i fazy w paśmie pomiarowym umożliwia bardzo dokładne pomiary mocy, a tym samym dokładną ocenę efektywności energetycznej
Dzielnik Wysokiego Napięcia VT1005 w połączeniu z Analizatorem Mocy PW8001 i Czujnikiem Prądu CT6904A stanowi optymalne rozwiązanie do pomiaru strat induktorów i transformatorów wysokiego napięcia i wysokiej częstotliwości. Dzięki tej konfiguracji dokładne pomiary strat można zagwarantować nawet przy częstotliwości 300 kHz, ze względu na silną odporność na zakłócenia i dokładność fazową przy wysokich częstotliwościach.
W związku ze zwiększonym wykorzystaniem półprzewodników SiC i GaN, zastosowania wysokiej częstotliwości i wysokiego napięcia rosną. Wymagają one wysoce dokładnych rozwiązań pomiarowych, takich jak VT1005 w połączeniu z analizatorami mocy HIOKI, aby udowodnić nawet niewielkie przyrosty efektywności.
Autor: Roy Hali, Head of Product Management, HIOKI EUROPE GmbH
Źródło: HIOKI Europe GmbH
Design: Proformat
