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Leistungsanalysator der neuen Generation

Leistungsmessung von DC bis 5 MHz

20. Oktober 2021, 10:44 Uhr | Engelbert Hopf

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Analyse von 4-Motor-Antriebssystemen

Heutzutage werden Drohnen für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z.B. für Videoaufnahmen aus der Luft oder Inspektionen in gefährlichen Umgebungen. Mit einem Defibrillator ausgestattete AED-Drohnen können sogar Leben retten, weil sie an überfüllten Orten wie Festivals oder Stadtzentren früher als ein Krankenwagen am Notfallort eintreffen können. Bei all diesen Drohnen ist die Zuverlässigkeit und Effizienz des Antriebsstrangs extrem wichtig, denn jede Steigerung der Effizienz führt zu einer Erhöhung der Reichweite. Der PW8001 mit der Option zur simultanen Auswertung von vier Motoren ist das perfekte Entwicklungswerkzeug für Drohnen und andere Vier-Motor-Antriebssysteme wie z.B. Elektrofahrzeuge mit In-Wheel-Motoren und Industrieroboter. Die simultane Analyse von vier Motorantrieben ermöglicht eine wesentlich einfachere und schnellere Abstimmung des Antriebsstrangs und führt zu effizienteren und zuverlässigeren Konstruktionen.

Automatische Phasenverschiebungskorrektur

Bei der Entwicklung von Aufwärtswandlern für Hybrid- bzw. Elektrofahrzeuge oder aktiven Systemen zur Blindleistungskorrektur für das Stromnetz ist die Messung der Verlustleistung von Drosseln und Transformatoren essenziell. Die induktive Eigenschaft dieser Komponenten erschwert eine genaue Messung insbesondere bei hohen Frequenzen. Einer der Gründe dafür ist, dass Spannung und Strom genau zur gleichen Zeit gemessen werden müssen, um die Wirkleistung bestimmen zu können. Stromsensoren haben jedoch immer eine Zeitverzögerung. Um trotzdem den Verlust einer Drossel oder eines Transformators genau messen zu können, muss die Zeitverzögerung der Stromsensoren über den gesamten Frequenzbereich eliminiert werden.

Die neue, weltweit einzigartige Funktion zur automatischen Korrektur der Phasenverschiebung (Automatic Phase Shift Correction, APSC) ermöglicht dies sogar als „Plug-and-Play“. Erstmalig im PW8001 verfügbar, gewährleistet die APSC-Funktion unübertroffene Genauigkeit bei Verlustmessungen an Hochfrequenzdrosseln und Transformatoren.

Damit die Korrektur der Phasenverschiebung richtig funktioniert, sind zwei Dinge erforderlich: ein Stromsensor mit einer bekannten konstanten Zeitverzögerung und ein Leistungsanalysator, der die Zeitverzögerung kompensieren kann.

Als weltweit einziger Hersteller von Leistungsanalysatoren, der auch Stromsensoren entwickelt und produziert, ist Hioki in der Lage, die eigenen Stromsensoren für die APSC-Funktion zu optimieren, indem sie so konzipiert werden, dass sie über den gesamten Frequenzbereich eine konstante Zeitverzögerung aufweisen.

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Andere auf dem Markt befindliche Stromsensoren sind in der Regel auf eine geringe Phasenverschiebung bei hohen Frequenzen ausgelegt. Infolgedessen haben diese Stromsensoren keine konstante Zeitverzögerung über den gesamten Frequenzbereich. Dies wird in Bild 2 veranschaulicht, das die Zeitverzögerung eines vergleichbaren, auf dem Markt erhältlichen Sensors darstellt.

Da die Zeitverzögerung des vergleichbaren Sensors zwischen 20 ns und 100 ns schwankt, wird deutlich, dass der Stromsensor aufgrund dieser Konstruktion nicht für die Phasenverschiebungskorrektur geeignet ist, da der Leistungsanalysator nicht in der Lage ist, die Zeitverzögerung bei allen von ihm gemessenen Frequenzen auszugleichen.

Auch die Positionierung des Leiters im Stromsensor kann die Genauigkeit der Messung beeinflussen. Dies wird in den Bild 3 und 4 dargestellt. In Bild 3 (Hioki-Sensor) liegen alle Kurven genau übereinander, was zeigt, dass die Position des Leiters keinen Einfluss auf die Phasenverzögerung hat.

Die gleichen Tests wurden mit einem vergleichbaren Stromsensor eines Mitbewerbers durchgeführt; das Ergebnis in Bild 4 zeigt sehr unterschiedliche Kurvenverläufe. Bei diesem Sensor hat die Position des Leiters Einfluss auf die Phasenverzögerung bei Frequenzen über 100 kHz und beeinflusst die Gesamtgenauigkeit der Leistungsmessung bei hohen Frequenzen wie etwa bei der Verwendung von SiC- und GaN-Halbleitern.

Zunehmend komplexere Anwendungen, wie Systeme für erneuerbare Energien mit lokaler Speicherung, Netzanbindung und Laden von Elektrofahrzeugen, erfordern eine immer größere Anzahl von Messkanälen, um das dynamische Leistungsverhalten eines Systems analysieren zu können. Modular mit bis zu acht Leistungskanälen, in einem Gerät der freien Wahl zwischen dem Hochspannungsmodul U7001 und dem hochpräzisen Eingangsmodul U7005, bietet der PW8001 Ihnen die Möglichkeit, Ihre maßgeschneiderte Lösung zur Leistungsmessung zusammenzustellen.