TOÀN BỘ NĂNG LƯỢNG ĐÃ ĐI ĐÂU?

Phân tích công suất hiokijp.vn – Giải pháp đo lường chính xác đến từ HIOKI.

Hiệu suất năng lượng là yếu tố thiết yếu để xây dựng một tương lai ít khí thải, thậm chí trung hòa carbon. Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi từ động cơ đốt trong sang phương tiện điện và giúp giảm thiểu tác động tiêu thụ điện của các ứng dụng trí tuệ nhân tạo đến trung tâm dữ liệu.

Hiểu được nơi năng lượng bị thất thoát – cho dù trong bộ biến tần, động cơ hay trung tâm dữ liệu – chính là chìa khóa để cải thiện hiệu suất và đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng một cách bền vững.

Năng lượng hữu ích (Active Power) là phần công suất được hệ thống tiêu thụ để thực hiện công việc, như vận hành động cơ, cấp điện cho máy móc hay thiết bị. Tuy nhiên, chỉ có thành phần công suất chính đóng vai trò trực tiếp vào công việc này; phần còn lại – gọi là công suất hài – bị mất dưới dạng rung động, tiếng ồn và nhiệt.

Do đó, việc giảm hài là nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư nhằm giảm tổn thất năng lượng.

Đo Lường Hài Chính Xác

Một bộ phân tích công suất (power analyzer) tính toán hiệu suất của hệ thống điện như động cơ hay máy biến áp bằng cách đo đồng thời thành phần cơ bản và thành phần hài. Khi tần số và dòng điện tăng cao, điều này trở nên thách thức: việc đo chính xác đòi hỏi cảm biến dòng có độ chính xác cao.

Cảm biến không chỉ phải duy trì độ chính xác trong toàn dải tần số, mà còn cần có dữ liệu chính xác về độ lệch pha để tính công suất. Tuy nhiên, độ lệch pha của cảm biến dòng thường thay đổi theo tần số. Nếu cảm biến không duy trì được độ trễ thời gian nhất quán trên toàn dải tần số, thì mọi kết quả đo dù sử dụng bộ phân tích chính xác cũng có thể sai lệch.

Cảm Biến Dòng Và Bộ Phân Tích Công Suất – Thiết Kế Đồng Bộ

Điều gì sẽ xảy ra nếu bộ phân tích và cảm biến dòng của bạn không đáp ứng được yêu cầu đo ở tần số cao? Ví dụ, khi đo hiệu suất của biến tần sử dụng bán dẫn SiC với tần số sóng mang từ 50 kHz trở lên, hệ thống đo có thể cho kết quả sai lệch – thậm chí cho ra hiệu suất vượt quá 100%.

Tình huống đáng lo ngại hơn là kết quả sai lệch nhẹ, ví dụ bộ phân tích báo hiệu suất 96% trong khi thực tế chỉ là 94% – hoặc tệ hơn, báo 96% thay vì 98%. Điều này xảy ra do giới hạn trong cảm biến dòng, và khó có thể phát hiện nếu chỉ dựa vào thông số kỹ thuật của thiết bị.

Một ví dụ điển hình là tổn hao trong hệ thống động cơ. Hài tần cơ bản có thể phát hiện qua tiếng ồn và rung động mà không cần đo công suất. Nhưng hài tần cao chủ yếu chuyển thành nhiệt trong động cơ. Việc đo chúng rất khó do bản chất cảm ứng của động cơ: ở tần số cao, góc pha giữa điện áp và dòng tiến gần 90°. Khi đó, một sai số nhỏ trong đo góc pha cũng dẫn đến kết quả âm, tức là tổn thất năng lượng bị hiểu nhầm thành… công suất tăng thêm!

Giải pháp nằm ở việc sử dụng bộ phân tích công suất và cảm biến dòng được thiết kế đồng bộ để hiệu chỉnh sai số pha, đảm bảo phép đo chính xác, kể cả với dòng cao và tần số cao. Và quan trọng hơn, bạn sẽ biết chính xác năng lượng thất thoát nằm ở đâu.

Xác Định Chính Xác Tổn Hao – Trên Toàn Dải Tần Số

Các bộ phân tích công suất hiện đại cung cấp nhiều tính năng để xác định tần số tại đó tổn hao xảy ra. Phương pháp truyền thống là phân tích hài, sử dụng tần số chính của động cơ làm cơ sở. Tuy nhiên, do các động cơ thường có tần số chính thấp, nên việc phân tích hài bị giới hạn dưới 100 kHz. Ví dụ, với tần số cơ bản 50 Hz, hài bậc 2000 tương ứng với 100 kHz – là giới hạn thực tế cho nhiều thiết bị.

Để có cái nhìn toàn diện hơn, cần tính năng Power Spectrum Analysis (PSA). PSA sử dụng FFT nhưng không giới hạn ở tần số động cơ, mà bao phủ toàn dải của thiết bị – lên đến 6 MHz với PW8001 của HIOKI. Điều này cho phép phát hiện tổn hao mà phương pháp truyền thống không thể đo được.

Để sử dụng PSA hiệu quả, cần hai điều kiện:

1. Độ lệch pha từ cảm biến dòng phải được thiết bị hiệu chỉnh chính xác.
2. Cảm biến dòng cần có đáp tuyến biên độ phẳng trên toàn dải tần.

Khi hai điều kiện này được đảm bảo, hệ thống có thể nhận diện chính xác tổn hao trên mọi dải tần liên quan.

Truy Dấu Tổn Hao – Giải Pháp Từ Một Nhà Sản Xuất

Vì HIOKI thiết kế, phát triển và sản xuất cả bộ phân tích công suất và cảm biến dòng, các thành phần này được tối ưu hóa để đo công suất chính xác ở tần số cao. Điều này giúp đảm bảo độ tin cậy trong việc xác định chính xác vị trí và mức độ thất thoát năng lượng – từ đó cải thiện hiệu suất trong các hệ thống động cơ, biến tần, và ứng dụng điện công suất khác.

Các Sản Phẩm Liên Quan Từ HIOKI

HIOKI PW8001 – Bộ phân tích công suất 8 kênh cao cấp

• Tần số phân tích PSA lên đến 6 MHz
• Sai số cơ bản: ±0.03%
• Hỗ trợ nhiều cảm biến dòng đồng bộ
• Đa giao diện: LAN, USB, GP-IB

Cảm biến dòng CT6877A – Dải rộng, độ chính xác cao

• Dải dòng: ±2000 A
• Băng thông: DC đến 10 MHz
• Tương thích hoàn hảo với PW8001
• Độ trễ pha được hiệu chỉnh chính xác

KẾT LUẬN

Trong kỷ nguyên của điện khí hóa và trí tuệ nhân tạo, hiệu suất năng lượng trở thành lợi thế cạnh tranh then chốt. Nhờ sự kết hợp hoàn hảo giữa bộ phân tích công suất và cảm biến dòng do HIOKI phát triển đồng bộ, các kỹ sư có thể truy dấu tổn hao năng lượng với độ chính xác cao, mở ra khả năng tối ưu hóa toàn diện trong các hệ thống công suất.

Tìm hiểu thêm giải pháp tại: HIOKI Việt Nam (hiokijp.vn)