Những điều cần biết về máy phân tích công suất

Máy phân tích công suất thế hệ mới đặt ra tiêu chuẩn công nghiệp mới với độ chính xác vượt trội, cung cấp giải pháp tốt nhất cho các phép đo công suất cao và tần số cao. Điều này cho phép đo lường hiệu suất tối ưu từ các ứng dụng dựa trên SiC và GaN hiện đại đến máy phân tích công suất truyền động đa mô-tơ phức tạp.

Hãy cùng HIOKI Việt Nam tìm hiểu chi tiết về máy phân tích công suất.

Máy phân tích công suất hoàn hảo cho các ứng dụng SiC và GaN

Nếu bạn xem xét các ấn phẩm tập trung vào điện tử công suất, bạn không thể kết luận nào khác ngoài việc SiC và GaN bán dẫn là tương lai. Điều này không gây ngạc nhiên khi bạn xem xét những lợi thế mà việc sử dụng các bán dẫn mới này mang lại.

SiC và GaN bán dẫn giúp cải thiện hơn nữa hiệu suất của bộ chuyển đổi năng lượng, trong khi kích thước và trọng lượng của bộ chuyển đổi có thể được giảm bớt.

Tuy nhiên, như mọi khi, cũng có những nhược điểm. SiC và GaN bán dẫn hoạt động ở tần số chuyển mạch bắt đầu từ 100 kHz lên đến vài MHz. Việc đo công suất chính xác trở nên khá khó khăn trong những điều kiện này…

Ví dụ: băng thông của hệ thống đo lường phải cao hơn đáng kể so với những gì được coi là đủ cho đến gần đây. Điều này đòi hỏi tần số lấy mẫu tăng lên.

Tần số chuyển mạch cao hơn của SiC và GaN bán dẫn gây ra sự gia tăng nhiễu điện từ, do đó hệ thống đo lường phải chịu được bức xạ cơ điện mạnh hơn.

Mỗi cảm biến dòng điện đều có đặc tính khó chịu là gây ra độ trễ thời gian. Điều này không ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phép đo công suất ở tần số chuyển mạch thấp nhưng chắc chắn sẽ đóng vai trò đáng kể ở tần số cao hơn. Nếu không có khả năng bù đắp hiệu quả độ trễ thời gian, việc thực hiện phép đo công suất chính xác ở tần số chuyển mạch cao hơn là không thể.

Nhu cầu về độ chính xác được cải thiện ở tần số chuyển mạch cao dễ dàng được giải thích khi bạn xem xét rằng hiệu suất của hệ thống truyền động xe điện vượt quá 95%. Để có thể chứng minh các điều chỉnh trong hệ thống dẫn đến lợi ích về hiệu suất cao hơn nữa, hệ thống đo lường phải có khả năng chứng minh hiệu suất đã tăng từ 97,5% lên 97,6%. Khi xem xét tất cả các thách thức đã đề cập ở trên, bạn phải thừa nhận rằng có khá nhiều trở ngại cần phải vượt qua để đạt được kết quả chính xác và đáng tin cậy cho các ứng dụng dựa trên SiC và GaN.

HIOKI PW8001, kết hợp với cảm biến dòng điện HIOKI, là sự lựa chọn hoàn hảo cho thách thức này. Độ chính xác công suất hàng đầu ngành cho cả DC và tần số cao, kết hợp với Hệ số giảm điện áp chế độ chung (CMRR) chưa từng có đối với cả máy phân tích công suất PW8001 và cảm biến dòng điện HIOKI, đảm bảo các phép đo cực kỳ chính xác và không bị ảnh hưởng, ngay cả trong môi trường nhiễu mạnh.

Máy phân tích công suất cho 1500 V DC CAT II

Xu hướng hướng tới các trang trại năng lượng mặt trời mạnh hơn đã dẫn đến sự gia tăng điện áp hoạt động. Ngày nay, 1500 V DC đã trở thành tiêu chuẩn. Hơn nữa, các trang trại năng lượng mặt trời được kết hợp với các giải pháp lưu trữ tại chỗ để cân bằng lưới điện hoặc để cung cấp năng lượng 24 giờ. Một lĩnh vực khác mà điện áp cao hơn đang trở nên phổ biến hơn là điện khí hóa xe tải hạng nặng và xe buýt. Trong khi các xe điện thông thường sử dụng hệ thống 400 V DC hoặc 800 V DC, thì lĩnh vực vận tải đang chuyển sang hệ thống 120 V DC để tăng công suất hệ thống và giảm thời gian sạc.

Để cung cấp giải pháp đo lường công suất cho những xu hướng công nghệ mới này, HIOKI đã phát triển mô-đun đầu vào điện áp cao U7001. Với U7001, HIOKI là công ty đầu tiên trên thị trường có máy phân tích công suất bàn 1500 V DC CAT II. Phân loại này cho phép sử dụng máy phân tích công suất PW8001 để phát triển và thử nghiệm sản xuất các điều hòa năng lượng mặt trời, hệ thống truyền động và các giải pháp sạc nhanh cho xe điện hạng nặng (H)EV với điện áp hệ thống hơn 1000 V DC.

Máy phân tích công suất giúp phân tích hệ thống truyền động 4 mô-tơ

Ngày nay, máy bay không người lái được sử dụng trong nhiều ứng dụng, như quay video từ trên cao, giám sát, kiểm tra trong môi trường nguy hiểm hoặc giao hàng. Máy bay không người lái AED, được trang bị máy khử rung tim, thậm chí có thể cứu sống người vì chúng có thể đến hiện trường sớm hơn xe cứu thương ở những nơi đông đúc như lễ hội hoặc trung tâm thành phố. Các công ty khác thậm chí còn đang phát triển máy bay không người lái lớn hơn và mạnh hơn như máy bay không người lái taxi.

Đối với tất cả các máy bay không người lái này, hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền động là vô cùng quan trọng, vì mọi sự gia tăng hiệu suất sẽ dẫn đến sự gia tăng phạm vi hoạt động. Máy phân tích công suất PW8001 với tùy chọn đánh giá 4 mô-tơ là công cụ phát triển hoàn hảo cho máy bay không người lái và các hệ thống truyền động 4 mô-tơ khác như xe điện hiệu suất cao, xe buýt điện với mô-tơ trong bánh xe và rô-bốt công nghiệp. Nó cho phép bạn phân tích hiệu suất của 4 mô-tơ đồng thời, điều này giúp việc cân bằng hệ thống truyền động nhanh hơn và dễ dàng hơn và sẽ dẫn đến thiết kế hiệu quả và đáng tin cậy hơn.

Hiệu chỉnh tự động độ lệch pha

Trong quá trình thiết kế bộ chia tăng áp cho xe điện (H)EV hoặc hệ thống Hiệu chỉnh Hệ số công suất hoạt động cho lưới điện, việc đo công suất hao phí của các cuộn cảm và máy biến áp là rất quan trọng. Bản chất cảm ứng của các linh kiện này khiến việc đo lường chính xác trở nên khó khăn, đặc biệt là ở tần số cao. Một trong những lý do là điện áp và dòng điện cần được đo chính xác cùng một lúc để có thể đo công suất hoạt động. Tuy nhiên, cảm biến dòng điện luôn có độ trễ thời gian.

Vì vậy, để có thể đo lường chính xác tổn thất của cuộn cảm hoặc máy biến áp, độ trễ thời gian của cảm biến dòng điện cần được loại bỏ trong toàn bộ dải tần số.

Vì lý do này, HIOKI đã triển khai chức năng hiệu chỉnh độ lệch pha như một tiêu chuẩn nhiều năm trước, hiện nay đã được cải tiến thành chức năng “cắm và chạy” dễ dàng, không yêu cầu nhập liệu thủ công như Chức năng Hiệu chỉnh tự động độ lệch pha (APSC). Chức năng mới và độc đáo này lần đầu tiên có sẵn với Máy phân tích công suất PW8001. Chức năng APSC đảm bảo hiệu suất chưa từng có cho các phép đo tổn thất của các cuộn cảm tần số cao và máy biến áp.

Để cho chức năng APSC trên máy phân tích công suất hoạt động đúng cách, cần hai điều kiện:

• Cảm biến dòng điện có độ trễ thời gian không đổi đã biết.
• Máy phân tích công suất có thể bù đắp độ trễ thời gian.

Là nhà sản xuất duy nhất cả Máy phân tích công suất và thiết kế và sản xuất cảm biến dòng điện, HIOKI ở vị trí độc đáo để tối ưu hóa cảm biến dòng điện cho APSC.

Các cảm biến dòng điện HIOKI thuộc dòng CT68- và CT69- được thiết kế để đạt được độ trễ thời gian không đổi trong toàn bộ dải tần số, như thể hiện trong hình 2.

Nhờ tính năng độc đáo này, máy phân tích công suất PW8001 có thể bù đắp độ trễ thời gian của cảm biến dòng điện bất kể tần số đang đo. Các cảm biến dòng điện khác trên thị trường có xu hướng được thiết kế tập trung vào độ lệch pha thấp ở tần số cao. Do đó, các cảm biến dòng điện này sẽ không có độ trễ thời gian không đổi trong toàn bộ dải tần số. Điều này được minh họa trong hình 3, trong đó độ trễ thời gian của một cảm biến tương tự có sẵn trên thị trường được hiển thị.

Vì độ trễ thời gian của cảm biến tương tự thay đổi từ 100 ns đến 20 ns, điều này cho thấy rõ ràng thiết kế này khiến cảm biến dòng điện không phù hợp để hiệu chỉnh độ lệch pha, vì Máy phân tích công suất không thể bù đắp độ trễ thời gian ở tất cả các tần số đang đo.

Việc định vị dây dẫn trong cảm biến dòng điện cũng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo. Điều này được minh họa trong hình 4 và 5.

Trong hình 4, tất cả các đường cong đều chồng lên nhau, cho thấy không có ảnh hưởng đến độ trễ pha do vị trí dây dẫn.

Cùng một thử nghiệm đã được thực hiện với một cảm biến dòng điện tương tự và kết quả được hiển thị trong hình 5.

Kết quả khá khác nhau. Trong trường hợp này, vị trí dây dẫn có ảnh hưởng đến độ trễ pha ở tần số cao hơn 100 kHz và sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác tổng thể của phép đo công suất ở tần số cao, như khi sử dụng SiC và GaN bán dẫn.

Tính linh hoạt tối ưu

Sự phức tạp ngày càng tăng của các ứng dụng năng lượng, như các giải pháp tích hợp cho năng lượng tái tạo với lưu trữ tại chỗ, kết nối lưới điện và sạc xe điện, đòi hỏi số lượng kênh công suất tăng lên để có thể phân tích hành vi năng lượng động của hệ thống.

Máy phân tích công suất PW8001 với 8 đầu vào công suất mô-đun trong một thiết bị, sự lựa chọn tự do các mô-đun đầu vào độ chính xác cao điện áp cao U7001 và U7005 và phạm vi rộng các cảm biến dòng điện từ 20 A đến 2000 A, mang đến cho bạn khả năng tạo ra giải pháp đo lường công suất “được thiết kế riêng”.