Nauwkeurige meting van hoogspanningsvermogen
Degloednieuwehoogspanningsdeler VT1005van HIOKI vormt een belangrijke aanvulling op het assortimentvermogensmeetoplossingen van HIOKI. In combinatie met een van de HIOKI-vermogensanalysatoren maakt de VT1005 het mogelijk om vermogen tot 5 kV nauwkeurig te meten. Met name voor hoogspannings- en hoogfrequentietoepassingen met SiC- en GaN-halfgeleiders biedt de VT1005 een enorme verbetering in nauwkeurigheid ten opzichte van de momenteel beschikbare oplossingen. Bovendien is de nieuwe VT1005 dankzij zijn bandbreedte van 4 MHz de perfecte keuze voor het meten van verliezen in hoogspanningsspoelen en transformatoren.
Door de voortschrijdende elektrificatie van onze samenleving neemt de behoefte aan elektrisch vermogen snel toe. Een manier om aan deze behoefte te voldoen, is het verhogen van de netspanning. Voor de hand liggende toepassingen zijn de ultrasnelle laders voor elektrische voertuigen (EV’s) en allerlei soorten vermogensomvormers en halfgeleiderttransformatoren om de flexibiliteit van het elektriciteitsnet te vergroten en de verliezen te verminderen. Vermogensmeetinstrumenten zoals bijvoorbeeld de HIOKI PW8001-vermogensanalysator kunnen vermogen meten tot een spanning van 1500 Vdc. De VT1005-hoogspanningsdeler biedt nu de oplossing voor nauwkeurige spannings- en vermogensmetingen tot 5000 Vrms.
De storingsbestendigheid van de gebruikte meettechniek is van essentieel belang
Machines met een hoge klokfrequentie, zoals omvormers, zijn altijd ook storingsbronnen. Daarom is de storingsbestendigheid van de gebruikte meettechniek een belangrijke factor om het rendement nauwkeurig te bepalen. De VT1005 is ongevoelig voor in-fase ruis en voor hoogfrequente ruis.
Hierdoor is zelfs in een sterk gestoorde omgeving een nauwkeurige spanningsmeting mogelijk. Dit wordt bereikt door het ontwerp van de VT1005 met een potentiaalvrije verschilingang. Gelijkfase-storingen worden geëlimineerd doordat hetzelfde stoorsignaal aan beide ingangen wordt opgenomen en in de verschilversterker wordt opgeheven (afbeelding 1).
SiC- en vooral GaN-vermogenscomponenten worden gekenmerkt door een snelle stijg- en daalrespons van de spanning, en hun uitgangsgolfvormen bevatten talrijke hoogfrequente componenten. Wanneer we de uitgangsspanning van de VT1005 vergelijken met die van een vergelijkbare spanningsdeler op de markt, zien we dat het concurrerende product een ‘ringing-effect’ vertoont, terwijl de VT1005 dat niet doet . (zie afb. 2) Een dergelijk ringing-effect treedt op omdat de HV-ingangspulsen ervoor zorgen dat parasitaire capaciteiten en inducties in het circuit resoneren op hun karakteristieke frequentie. Parasitaire capaciteiten en inducties maken geen deel uit van het ontwerp, maar zijn slechts bijproducten van de componenten binnen de circuitlay-out.
Een dergelijk 'ringing-effect' heeft echter een negatieve invloed op de nauwkeurigheid van de spannings- en vermogensmeting en moet daarom worden vermeden.
Er treedt overslingering op doordat de hoogspannings-ingangspulsen parasitaire capaciteiten en inducties in het circuit laten resoneren op hun karakteristieke frequentie. Parasitaire capaciteiten en inducties worden veroorzaakt door de gebruikte componenten en de schakelingopbouw. Het overslingereffect moet worden voorkomen, omdat het een negatieve invloed heeft op de nauwkeurigheid van de spanningsmeting en uiteindelijk op de nauwkeurigheid van de vermogensmeting.
Het rendement van vermogenssystemen verder verhogen
SiC- en GaN-halfgeleiders zijn populaire schakelelementen om het rendement van vermogenssystemen verder te verhogen. De schakelfrequentie van SiC-halfgeleiders bedraagt 50 kHz en meer. GaN-halfgeleiders kunnen zelfs waarden tot 1 MHz bereiken. Dit bemoeilijkt echter een nauwkeurige berekening van het rendement, aangezien de meetnauwkeurigheid over een breed frequentiespectrum van DC tot ten minste 1 MHz gewaarborgd moet zijn.
Om een dergelijke nauwkeurige vermogensmeting te realiseren, bieden de vermogensmeetsystemen van HIOKI een uitstekende frequentielineariteit. Dit is van fundamenteel belang voor een consistent nauwkeurige meting, die op haar beurt essentieel is om beoogde verbeteringen in het rendement meetbaar en beoordeelbaar te maken. Voor het meten van een rendementsverbetering van bijvoorbeeld 0,01 % zijn een versterkingsnauwkeurigheid van 0,1 % en een fasefout van minder dan 0,1° vereist.
De twee bovenstaande grafieken tonen de versterkings- en fasefout voor drie afzonderlijke VT1005-schakelingen en een andere driefasige hoogspanningsdeler die op de markt verkrijgbaar is. Wat opvalt, is dat de drie ononderbroken lijnen van de VT1005 nauwelijks van elkaar te onderscheiden zijn, aangezien ze vrijwel identiek zijn en elkaar daardoor overlappen, terwijl de drie stippellijnen van de andere spanningsdeler veel meer uiteenlopen, wat erop wijst dat de nauwkeurigheid lager is. Bovendien zijn de versterkings- en fasefouten bij hogere frequenties groter bij deze spanningsdeler, waardoor deze ongeschikt is voor toepassingen met SiC- of GaN-halfgeleiders.
Omdat zowel de VT1005-hoogspanningsdeler als de stroomsensoren door HIOKI zijn ontworpen en geproduceerd, zijn ze geoptimaliseerd voor gebruik in combinatie met de HIOKI-vermogensanalysatoren. Hierdoor kunt u uitstekende prestaties realiseren, zowel wat betreft versterkings- als fasenauwkeurigheid over het gehele frequentiebereik, wanneer de faseverschuivingscorrectiefunctie van de vermogensanalysator is geactiveerd (zie afb. 4).
Efficiëntiemeting bij draadloze energieoverdrachtssystemen (WPT)
Het meten van het rendement bij draadloze energieoverdrachtssystemen (Wireless Power Transmission / WPT) is een toepassing die een nauwkeurige hoogspanningsmeting vereist. De uitgangsspanning bedraagt doorgaans tot 3 kV, aangezien de overdracht van vermogen bij een hogere spanning de optredende vermogensverliezen kan verminderen. Daarom is voor de berekening van het rendement een hoogspanningsmeting nodig. Bij WPT wordt het vermogen via spoelen overgedragen. Deze zend- en ontvangstspoelen hebben meestal een zeer lage vermogensfactor.
Aangezien de fasefout bij een zeer lage vermogensfactor een grote invloed heeft op het meetresultaat, is een kleine fasefout van groot belang voor de vermogensberekening.
Dankzij het meetbereik van de VT1005, dat loopt van gelijkstroom tot 4 MHz, kan spanning worden gemeten van gelijkstroom tot hoge frequenties. Bovendien maken de uitstekende vlakheid van de amplitude- en fasekarakteristieken binnen het meetbereik zeer nauwkeurige vermogensmetingen mogelijk en daarmee een nauwkeurige beoordeling van de energie-efficiëntie.
Verliesmeting van HF-inductoren en transformatoren
De VT1005-hoogspanningsdeler vormt in combinatie met de PW8001-vermogensanalysator en de CT6904A -stroomsensor de optimale oplossing voor het meten van verliezen in hoogspannings- en hoogfrequente inductoren en transformatoren. Met deze opstelling kunnen nauwkeurige verliesmetingen worden gegarandeerd, zelfs bij een frequentie van 300 kHz, dankzij de sterke ruisbestendigheid en fasenauwkeurigheid bij hoge frequenties.
Gezien het toenemende gebruik van SiC- en GaN-halfgeleiders komen hoogfrequente en hoogspanningstoepassingen steeds vaker voor. Hiervoor zijn uiterst nauwkeurige meetoplossingen nodig, zoals de VT1005 in combinatie met HIOKI-vermogensanalysatoren, om zelfs kleine efficiëntiewinst aantoonbaar te maken.
Productgalerij overslaan
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
CT6904A
HIOKI CT6904A - Zeer nauwkeurige AC/DC-stroomsensor, 500 A / 4 MHz
Zeer nauwkeurige doorvoertype AC/DC-stroomsensor met fluxgate zonder flux, tot 500 A, bandbreedte DC–4 MHz, CMRR van 120 dB bij 100 kHz, lineariteit van ±5 ppm, vlakke frequentierespons, kabel van 3 m met ME15W-connector.
VT1005
HIOKI VT1005 – Zeer nauwkeurige 5000 V AC/DC-spanningsdeler voor geavanceerde vermogensanalyse
AC/DC-hoogspanningsdeler tot 5 kVrms, bandbreedte DC tot 4 MHz (–3 dB), verdelingsverhouding 1000:1, DC-nauwkeurigheid ±0,08%, nauwkeurigheid bij 50/60 Hz ±0,04%, amplitudevlakheid ±0,1% tot 200 kHz, fasevlakheid ±0,1° tot 500 kHz, CMRR 80 dB bij 100 kHz, BNC-uitgang