Medición precisa de la potencia de alta tensión
Elnuevodivisor de alta tensión VT1005de HIOKI supone una importante incorporación a lassoluciones de medición de potencia de HIOKI. En combinación con uno de los analizadores de potencia de HIOKI, el VT1005 permite medir con precisión la potencia hasta 5 kV. Especialmente para aplicaciones de alta tensión y alta frecuencia con semiconductores de SiC y GaN, el VT1005 supone una enorme mejora en cuanto a precisión con respecto a las soluciones disponibles actualmente. Además, para la medición de pérdidas en bobinas y transformadores de alta tensión, el nuevo VT1005 es la elección perfecta gracias a su ancho de banda de 4 MHz.
Con la electrificación progresiva de nuestra sociedad, existe una necesidad cada vez mayor de energía eléctrica. Una forma de satisfacer esta necesidad es aumentar la tensión del sistema. Entre las aplicaciones más evidentes se encuentran los cargadores de velocidad ultraalta para vehículos eléctricos y todo tipo de convertidores de potencia y transformadores de estado sólido, destinados a aumentar la flexibilidad y reducir las pérdidas de la red eléctrica. Los instrumentos de medición de potencia, como por ejemplo el analizador de potencia HIOKI PW8001, pueden medir potencia hasta una tensión de 1500 Vcc. El divisor de alta tensión VT1005 ofrece ahora la solución para realizar mediciones precisas de tensión y potencia de hasta 5000 Vrms.
La inmunidad a las interferencias de la tecnología de medición utilizada es esencial
Las máquinas que funcionan a alta frecuencia, como los inversores, son siempre fuentes de interferencias. Por ello, la inmunidad a las interferencias de la tecnología de medición utilizada es un factor importante para determinar con precisión el rendimiento. El VT1005 es insensible al ruido en fase y al ruido de alta frecuencia.
De este modo, es posible realizar una medición precisa de la tensión incluso en un entorno con fuertes interferencias. Esto se consigue gracias al diseño del VT1005, que cuenta con una entrada diferencial libre de potencial. Las interferencias en modo común se eliminan captando la misma señal de interferencia en ambas entradas y compensándola en el amplificador diferencial (figura 1).
Los dispositivos de potencia de SiC y, más aún, los de GaN se caracterizan por una respuesta rápida en el ascenso y descenso de la tensión, y sus formas de onda de salida contienen numerosos componentes de alta frecuencia. Al comparar la tensión de salida del VT1005 con la de un divisor de tensión similar del mercado, observamos que el producto de la competencia presenta un «efecto de oscilación», mientras que el VT1005 no . (véase la fig. 2) Este efecto de oscilación se produce porque los pulsos de entrada de alta tensión hacen que las capacitancias e inductancias parásitas del circuito resuenen a su frecuencia característica. Las capacitancias e inductancias parásitas no forman parte del diseño, sino que son meros subproductos de los componentes dentro del esquema del circuito.
Sin embargo, este efecto de oscilación tiene un impacto negativo en la precisión de la medición de tensión y potencia y, por lo tanto, debe evitarse.
Se produce una oscilación residual porque los impulsos de entrada de alta tensión hacen oscilar, a su frecuencia característica, las capacitancias e inductancias parásitas del circuito. Las capacitancias e inductancias parásitas se deben a los componentes utilizados y al diseño del circuito. Es necesario evitar el efecto de la oscilación, ya que afecta negativamente a la precisión de la medición de tensión y, en última instancia, a la precisión de la medición de potencia.
Aumentar aún más el rendimiento de los sistemas de potencia
Los semiconductores de SiC y GaN son elementos de conmutación muy utilizados para aumentar aún más el rendimiento de los sistemas de potencia. La frecuencia de conmutación de los semiconductores de SiC es de 50 kHz o más. Los semiconductores de GaN pueden alcanzar incluso valores de hasta 1 MHz. Sin embargo, esto dificulta el cálculo preciso del rendimiento, ya que la precisión de la medición debe garantizarse en un amplio espectro de frecuencias, desde la corriente continua hasta, como mínimo, 1 MHz.
Para lograr una medición de potencia tan precisa, los sistemas de medición de potencia de HIOKI ofrecen una linealidad de frecuencia excepcional. Esto es de vital importancia para obtener una medición precisa en todo momento, lo cual, a su vez, es esencial para que las mejoras previstas en el rendimiento sean medibles y evaluables. Por ejemplo, para medir un aumento del rendimiento del 0,01 %, se requiere una precisión de ganancia del 0,1 % y un error de fase inferior a 0,1°.
Los dos gráficos anteriores muestran el error de ganancia y de fase de tres VT1005 individuales y de otro divisor trifásico de alta tensión disponible en el mercado. Lo que llama la atención es que apenas se pueden diferenciar las tres líneas continuas del VT1005, ya que son casi idénticas y, por lo tanto, se superponen, mientras que las tres líneas punteadas del otro divisor de tensión son mucho más divergentes, lo que indica que su precisión es menor. Además, los errores de ganancia y fase a frecuencias más altas son mayores con este divisor de tensión, lo que lo hace inadecuado para aplicaciones que utilicen semiconductores de SiC o GaN.
Dado que tanto el divisor de alta tensión VT1005 como los sensores de corriente están diseñados y fabricados por HIOKI, están optimizados para utilizarse en combinación con los analizadores de potencia de HIOKI. Esto permite obtener un rendimiento excepcional tanto en la precisión de ganancia como en la de fase en todo el rango de frecuencias cuando se activa la función de corrección del desplazamiento de fase del analizador de potencia (véase la fig. 4).
Medición de la eficiencia en los sistemas de transmisión inalámbrica de energía (WPT)
La medición del rendimiento en los sistemas de transmisión inalámbrica de energía (Wireless Power Transmission / WPT) es una aplicación que requiere una medición precisa de alta tensión. La tensión de salida suele alcanzar hasta 3 kV, ya que la transmisión de potencia a una tensión más alta puede reducir las pérdidas de potencia que se producen. Por ello, para calcular la eficiencia se necesita una medición de alta tensión. En la WPT, la potencia se transmite mediante bobinas. Estas bobinas de emisión y recepción suelen tener un factor de potencia muy bajo.
Dado que el error de fase influye considerablemente en el resultado de la medición cuando el factor de potencia es muy bajo, es muy importante que dicho error de fase sea mínimo para el cálculo de la potencia.
El rango de medición del VT1005, que abarca desde corriente continua hasta 4 MHz, permite medir tensiones desde corriente continua hasta altas frecuencias. Además, la excelente planicidad de las características de amplitud y fase en el rango de medición permite realizar mediciones de potencia de gran precisión y, por lo tanto, evaluar con exactitud la eficiencia energética.
Medición de pérdidas en inductores y transformadores de alta frecuencia
El divisor de alta tensión VT1005, en combinación con el analizador de potencia PW8001 y el sensor de corriente CT6904A, constituye la solución óptima para medir las pérdidas en inductores y transformadores de alta tensión y alta frecuencia. Con esta configuración se pueden garantizar mediciones precisas de las pérdidas incluso a una frecuencia de 300 kHz, gracias a la elevada resistencia al ruido y a la precisión de fase a altas frecuencias.
A raíz del creciente uso de semiconductores de SiC y GaN, las aplicaciones de alta frecuencia y alta tensión están en auge. Estas requieren soluciones de medición de gran precisión, como el VT1005 junto con los analizadores de potencia de HIOKI, para poder demostrar incluso pequeñas mejoras en la eficiencia.
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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
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.
VT1005
HIOKI VT1005: divisor de tensión de alta precisión de 5000 V CA/CC para el análisis avanzado de la potencia
Divisor de alta tensión CA/CC de hasta 5 kVrms, ancho de banda de CC a 4 MHz (–3 dB), relación de división de 1000:1, precisión en CC de ±0,08 %, precisión de ±0,04 % a 50/60 Hz, planicidad de amplitud de ±0,1 % hasta 200 kHz, planicidad de fase de ±0,1° hasta 500 kHz, CMRR de 80 dB a 100 kHz, salida BNC