¿Dónde se ha ido toda la energía?
La eficiencia energética es esencial para crear un futuro con bajas emisiones o incluso neutro en carbono. Desempeña un papel crucial en la transición de los motores de combustión a los vehículos eléctricos y en la minimización del impacto que tienen las aplicaciones de inteligencia artificial, que consumen mucha energía, en el consumo energético de los centros de datos. Comprender dónde se producen las pérdidas de energía —ya sea en convertidores, motores o centros de datos— es clave para lograr importantes mejoras en la eficiencia y hacer frente a la creciente demanda de energía de forma sostenible.
La potencia activa es la parte de la potencia eléctrica que se utiliza realmente para realizar trabajo útil, por ejemplo, para accionar motores, hacer funcionar máquinas o alimentar aparatos electrónicos. La mayor parte de esta potencia útil la transporta la oscilación fundamental de la corriente o de la tensión. Los armónicos, por el contrario, no suelen contribuir directamente al trabajo, sino que provocan pérdidas, por ejemplo, en forma de calor, ruido o vibraciones no deseadas.
Por ello, para los ingenieros es fundamental minimizar los armónicos con el fin de reducir las pérdidas de energía.
Medición precisa de la potencia armónica
Un analizador de potencia calcula el rendimiento de un sistema eléctrico —como un motor o un transformador— registrando tanto la frecuencia fundamental como los armónicos de la potencia eléctrica. Sin embargo, esto supone un reto, especialmente a altas frecuencias y con corrientes elevadas, ya que para corrientes grandes se necesitan sensores de corriente. Estos sensores no solo deben funcionar con precisión en todo el rango de frecuencias, sino que el analizador de potencia también debe conocer el desfase del sensor para poder realizar un cálculo correcto de la potencia. A esto se suma una dificultad adicional: el desfase de un sensor de corriente depende de la frecuencia. Sin un retardo de tiempo constante en el sensor en todas las frecuencias, es prácticamente imposible realizar análisis de potencia exactos, ni siquiera con el mejor analizador.
Sensores de corriente y analizador de potencia: una solución integrada
¿Qué ocurre si la combinación de analizador de potencia y sensor de corriente no está optimizada para mediciones de alta frecuencia? Al medir el rendimiento de un inversor con semiconductores de SiC y una frecuencia portadora de 50 kHz o superior, puede ocurrir que el resultado de la medición indique un rendimiento demasiado alto: en algunos casos, incluso superior al 100 %. Un resultado de este tipo es una señal de alerta evidente de un error de medición. Resulta aún más problemático cuando el analizador de potencia indica un rendimiento del 96 %, aunque el valor real sea solo del 94 %; o bien, cuando indica un 96 % con un rendimiento real del 98 %. Una desviación de este tipo no se reconocería inmediatamente como un error. ¿Cómo se puede estar seguro, pues, de que el resultado de la medición es correcto? No basta con confiar únicamente en la precisión especificada del analizador de potencia; también hay que tener en cuenta la influencia de los sensores de corriente.
Veamos un ejemplo de la tecnología de motores: en un motor, los armónicos de la frecuencia fundamental se transforman en señales de interferencia (ruido) y vibraciones; estas pérdidas a menudo pueden percibirse incluso sin un análisis directo de la potencia. Sin embargo, la potencia armónica de alta frecuencia se transforma principalmente en calor. La medición de estas pérdidas de potencia de alta frecuencia resulta difícil, ya que los motores presentan un comportamiento inductivo. A altas frecuencias, el ángulo de fase entre la tensión y la corriente se aproxima a los 90°. Dado que la potencia activa se calcula según la fórmula Potencia = Tensión × Corriente × cos(θ), cualquier compensación de fase inexacta provoca que el ángulo de fase se desplace más allá de los 90°. El resultado: la pérdida de potencia aparece como una ganancia de potencia falsa, ¡lo que supone un grave error de medición!
La causa de esta medición errónea es un error de fase no compensado del sensor de corriente. Estos errores de fase distorsionan la medición y pueden dar lugar a conclusiones erróneas sobre la pérdida de energía de un sistema. Sin embargo, existe una solución para este problema: con una combinación óptimamente ajustada de analizador de potencia y sensor de corriente, los errores de fase pueden compensarse correctamente, de modo que sea posible realizar mediciones de potencia exactas incluso con corrientes y frecuencias elevadas. De este modo, se puede determinar con precisión cuánta potencia se pierde en el sistema. La siguiente pregunta clave es, pues: ¿dónde se producen exactamente estas pérdidas de energía y cómo se pueden localizar?
Determinar con exactitud las fuentes de pérdida: en todo el rango de frecuencias
Los analizadores de potencia ofrecen diversos métodos de análisis para determinar en qué frecuencias se producen las pérdidas de potencia. Un procedimiento clásico es el análisis de armónicos, que toma como referencia la frecuencia fundamental del motor. Dado que las velocidades de los motores, o sus frecuencias fundamentales, suelen ser bajas, el análisis de armónicos se limita normalmente a frecuencias inferiores a 100 kHz. A modo de comparación: con una frecuencia fundamental de 50 Hz, el 2000 ya se sitúa en 100 kHz, y es precisamente ahí donde termina, en la mayoría de los equipos, el límite práctico para un análisis de potencia armónica.
Por lo tanto, para un análisis más exhaustivo de las pérdidas de potencia en todo el espectro de frecuencias relevante, se requiere un método de mayor alcance: el análisis del espectro de potencia (PSA). A diferencia del análisis de armónicos convencional, que se centra únicamente en la frecuencia fundamental y sus armónicos, el PSA utiliza la Transformada Rápida de Fourier (FFT) y no depende de la frecuencia fundamental del motor. De este modo, el PSA permite un análisis detallado en todo el rango de frecuencias del analizador de potencia —en el caso del HIOKI PW8001, incluso hasta los 6 MHz—. Esto abre nuevas posibilidades para identificar pérdidas de potencia que podrían pasar desapercibidas con los métodos convencionales.
Para utilizar de forma eficaz el análisis con la función PSA (análisis del espectro de potencia), deben cumplirse dos requisitos:
- El analizador debe compensar con precisión el error de fase de los sensores de corriente.
- Los sensores de corriente deben presentar una característica de amplitud constante en todo el rango de frecuencias.
Si se cumplen ambas condiciones, es posible medir con precisión las pérdidas de potencia en todas las frecuencias relevantes.
Monitorización de la potencia: analizador de potencia y sensores de corriente del mismo fabricante
Dado que HIOKI desarrolla y fabrica tanto analizadores de potencia como sensores de corriente, ambos componentes están perfectamente adaptados a las mediciones de potencia de alta frecuencia. La elevada precisión de medición resultante permite determinar con exactitud las pérdidas de potencia y localizar con precisión dónde se pierde la energía, lo que supone un paso decisivo para mejorar la eficiencia energética en motores, inversores y otras aplicaciones de electrónica de potencia.
Omitir la galería de productos
Precio normal:
1.788,00 €
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
CT6877A
CT6877A - Sensor de corriente CA/CC, 2000 A / 1 MHz
Los sensores de corriente CA/CC de paso de Hioki son dispositivos de alta gama diseñados para utilizarse con medidores de potencia, HiCorders con memoria y osciloscopios de alto rendimiento.
CT6875A
CT6875A - Sensor de corriente CA/CC, 500 A / 2 MHz
El sensor de corriente CA/CC CT6875 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, es ideal para I+D, evaluación de la calidad, fabricación y mantenimiento 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: de CC a 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:Mide la potencia con precisión en todo tipo de aplicaciones
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 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.