Vermogensvermindering bij stroomsensoren: wat is dat en waarom?
In eenartikel over het meten van gelijkstroom en bandbreedteschreef ik dat „de vermogensbeperking van een stroomsensor en de bandbreedte van de sensor niets met elkaar te maken hebben”.
Bandbreedte en derating – twee verschillende zaken
De bandbreedte van een stroomsensor geeft aan hoe snel deze kan reageren op veranderingen in de stroom. Net als bij een oscilloscoop bepaalt deze tot welke frequentie het uitgangssignaal nog de ingangsstroom volgt – en vanaf wanneer het met –3 dB wordt verzwakt.
Derating beantwoordt daarentegen een andere vraag:
Welke ingangsstroom is bij welke frequentie nog toegestaan?
Voorbeeld: de derating-curve van de CT6877A
Een blik op de frequentie-deratingcurve van de HIOKI Zero-Flux-stroomsensor CT6877A maakt dit duidelijk.
In de datasheets wordt een maximale ingangsstroom van 2000 A en een bandbreedte van 1 MHz vermeld. Deze waarden gelden voor continu gebruik bij een maximale omgevingstemperatuur van 85 °C (oranje lijn). Bij lagere temperaturen – zoals weergegeven in de blauwe lijn – is de toegestane stroom hoger.
Tot ongeveer 300 Hz blijft de maximaal toegestane ingangsstroom constant. Vanaf dat punt neemt deze af:
- bij 10 kHz is dat nog maar 600 A
- bij 1 MHz slechts 10 A
Waarom neemt de toegestane stroom af?
De grafiek laat de reden heel duidelijk zien: warmte.
Bij een lagere omgevingstemperatuur mag er meer stroom vloeien (blauwe lijn), bij een hogere temperatuur dienovereenkomstig minder (oranje lijn).
De omgevingstemperatuur is echter slechts één factor. Belangrijker zijn de warmteverliezen in de elektronica en de extra opwarming door wervelstromen bij hogere frequenties.
Wanneer is dit van belang?
Bij het meten van 50-Hz-wisselstroom met enkele harmonischen of gelijkstroom uit een batterij speelt de derating doorgaans geen grote rol. Het ligt heel anders wanneer stromen aan de uitgang van een omvormer worden gemeten.
In het vermogensprofiel van een omvormer ligt het hoogste energieverbruik meestal in een frequentiebereik waarin de derating nog niet van kracht is. Maar juist in het bereik van de schakelfrequentie is het van cruciaal belang dat ook kleinere stroomcomponenten nauwkeurig worden gemeten – met name bij de vermogensanalyse.
Met moderne technologieën zoals SiC en GaN stijgen de schakelfrequenties, en daarmee neemt het belang toe van sensoren waarvan de deratingcurve dergelijke frequenties betrouwbaar bestrijkt.
Sensoren in verandering: een terugblik
De eisen die aan derating worden gesteld, zijn in de loop der jaren aanzienlijk veranderd.
Een voorbeeld:
- De CT6844-05 was gespecificeerd voor 500 A en liet bij 20 kHz nog steeds 100 A toe – een opmerkelijke waarde voor een stroomtang met een gesplitste magneetkern.
- Zijn opvolger, de CT6844A, heeft eveneens een maximale waarde van 500 A, maar bij 20 kHz ligt deze al rond de 250 A.
Hieruit blijkt hoe de technologie zich heeft ontwikkeld om tegemoet te komen aan de steeds hogere frequenties van moderne toepassingen.
Zero-Flux-stroomsensoren: net als in „Terug naar de toekomst“?
Conclusie
Derating beschrijft de maximaal toegestane ingangsstroom van een stroomsensor over het gehele frequentiebereik. De derating-curve is een essentieel hulpmiddel om ervoor te zorgen dat ook hogere frequentiecomponenten betrouwbaar kunnen worden gemeten.
De voorbeelden die in dit artikel worden genoemd, zijn afkomstig uit de serie Zero-Flux-stroomtangen. Waar de naam „Zero Flux“ vandaan komt, wordt in dit artikel uitgelegd:
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
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
CT6875A
CT6875A - AC/DC-stroomsensor, 500 A / 2 MHz
De 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 hij ideaal voor R&D, kwaliteitsbeoordeling, productie en onderhoud in sectoren zoals draadloze oplaadsystemen, motoren met omvormer, PV-stroomomvormers en snellaadinstallaties 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:Vermogen nauwkeurig meten – voor alle toepassingen
CT6876A
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 zorgt hij voor nauwkeurige metingen van de vermogensomzettingsrendement, met name in omgevingen met hoge frequenties. 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
CT6833
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 van ±0,07% van de aflezing, breed temperatuurbereik van -40 °C tot +85 °C, maximale geleiderdiameter van 20 mm, kabellengte van 5 m
CT6834
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