Der neue Leistungsanalysator HIOKI PW8001 setzt mit seiner unübertroffenen Genauigkeit neue Maßstäbe in der Branche und bietet die optimale Lösung für Hochfrequenz- und Hochleistungsmessungen. Dies ermöglicht maximale Effizienzmessungen – von modernsten SiC- und GaN-basierten Anwendungen bis hin zu komplexen Leistungsanalysen von Mehrmotoren-Antriebssträngen.

Ideal für SiC- und GaN-Anwendungen

Der Einsatz von SiC- und GaN-Halbleitern für alle Arten von Leistungswandlern nimmt rasant zu. Doch warum sind SiC- oder GaN-Halbleiter so interessant? Sie ermöglichen weitere Effizienzsteigerungen bei Leistungswandlern und reduzieren gleichzeitig deren Größe und Gewicht. Ein weiterer Vorteil der Größenreduzierung ist die größere Flexibilität beim Leiterplattendesign, selbst bei beengten Platzverhältnissen. Wie immer gibt es jedoch auch einen Nachteil: SiC- und GaN-Halbleiter arbeiten mit höheren Schaltfrequenzen als herkömmliche Silizium-Halbleiter und erzeugen mehr Rauschen. Daher ist ein Leistungsanalysator mit größerer Bandbreite und höherer Störfestigkeit erforderlich. Der Hioki PW8001 ist in Kombination mit Hioki-Stromsensoren die ideale Lösung für diese Herausforderung. Die branchenführende Leistungsgenauigkeit für Gleichstrom und Frequenzen ab 50 kHz, kombiniert mit dem beispiellosen Gleichtaktspannungsunterdrückungsverhältnis (CMRR) des PW8001 und der Hioki-Stromsensoren, gewährleistet extrem genaue und störungsfreie Messungen, selbst in stark verrauschten Umgebungen.

Bei der Entwicklung hocheffizienter kabelloser Ladegeräte oder Wechselrichter-Motorantriebe für Elektrofahrzeuge oder Drohnen ist die Genauigkeit Ihres Messsystems entscheidend. Es muss selbst kleinste Effizienzverbesserungen erfassen können. Daher muss Ihr Leistungsanalysator sowohl Gleichstrom als auch hohe Frequenzen wie 50 kHz oder sogar darüber mit höchstmöglicher Genauigkeit messen können. Der PW8001 ist für diese Art von Anwendung ideal geeignet.

In Kombination mit dem hochpräzisen Eingangsmodul U7005, das eine Abtastrate von 15 MS/s und eine 18-Bit-A/D-Wandlung aufweist, bietet der PW8001 eine Leistungsgenauigkeit von 0,05 % für Gleichstrom, 0,03 % bei 50/60 Hz und marktführende 0,2 % bei 50 kHz. 

Leistungsanalysator für 1500 V DC CAT II

Der Trend zu leistungsstärkeren Solarparks hat zu einer Erhöhung der Betriebsspannung geführt. Heute sind 1500 V Gleichstrom Standard. Darüber hinaus werden Solarparks mit lokalen Speichersystemen kombiniert, um das Stromnetz auszugleichen oder eine 24-Stunden-Stromversorgung zu gewährleisten. Auch bei der Elektrifizierung von Lkw und Bussen gewinnt die höhere Spannung zunehmend an Bedeutung. Während Standard-Elektrofahrzeuge mit 400-V- oder 800-V-Gleichstromsystemen arbeiten, setzt der Transportsektor auf 1200 V Gleichstrom, um die Systemleistung zu erhöhen und die Ladezeit zu verkürzen.

Um eine Lösung für die Leistungsmessung im Hinblick auf diese neuen technologischen Trends bereitzustellen, hat Hioki das Hochspannungseingangsmodul U7001 entwickelt. Mit dem U7001 ist Hioki der erste Hersteller auf dem Markt, der einen Tischleistungsanalysator der Kategorie II mit 1500 V DC anbietet. Dank dieser Spezifikation kann der PW8001 für die Entwicklung und Produktionsprüfung von Solarstromrichtern, Antriebssträngen und Schnellladelösungen für schwere Elektrofahrzeuge mit Systemspannungen von über 1000 V DC eingesetzt werden.

Analyse des 4-Motoren-Antriebssystems

Drohnen werden heute in vielfältigen Bereichen eingesetzt, beispielsweise für Luftbildaufnahmen, Überwachung, Inspektionen in Gefahrenbereichen und Paketzustellungen. AED-Drohnen, ausgestattet mit einem Defibrillator, können sogar Leben retten, da sie in Notfällen an belebten Orten wie Festivals oder Stadtzentren oft noch vor dem Rettungswagen eintreffen. Andere Unternehmen entwickeln sogar noch größere und leistungsstärkere Drohnen, beispielsweise Taxidrohnen.

Für all diese Drohnen sind Effizienz und Zuverlässigkeit des Antriebsstrangs von entscheidender Bedeutung, da jede Effizienzsteigerung die Reichweite erhöht. Der PW8001 mit der 4-Motoren-Evaluierungsoption ist das ideale Entwicklungswerkzeug für Drohnen und andere 4-Motoren-Antriebssysteme wie Hochleistungs-Elektrofahrzeuge, Radnabenmotor-Elektrobusse und Industrieroboter. Er ermöglicht die gleichzeitige Analyse der Leistung aller vier Motorantriebe, wodurch der Antriebsstrang-Ausgleich deutlich beschleunigt und vereinfacht wird und effizientere sowie zuverlässigere Konstruktionen entstehen.

Automatische Phasenverschiebungskorrektur

Bei der Entwicklung von Booster-Hubschraubern für (H)EV oder aktiven Leistungsfaktorkorrektursystemen für das Stromnetz ist die Messung der Leistungsverluste von Drosseln und Transformatoren von entscheidender Bedeutung. Die induktive Natur dieser Bauteile erschwert präzise Messungen, insbesondere bei hohen Frequenzen. Ein Grund dafür ist, dass Spannung und Strom gleichzeitig gemessen werden müssen, um die Wirkleistung genau zu bestimmen. Stromsensoren weisen jedoch stets eine Zeitverzögerung auf. Um die Verluste einer Drossel oder eines Transformators präzise zu messen, muss daher die Zeitverzögerung der Stromsensoren über den gesamten Frequenzbereich eliminiert werden.

Aus diesem Grund hat Hioki bereits vor Jahren standardmäßig eine Phasenkorrekturfunktion implementiert, die nun zu einer benutzerfreundlichen Plug-and-Play-Funktion weiterentwickelt wurde, die keine manuelle Eingabe erfordert: die automatische Phasenkorrektur (APSC). Diese neue und einzigartige Funktion ist erstmals mit dem neuen Leistungsanalysator PW8001 verfügbar. Die APSC-Funktion garantiert unübertroffene Leistung bei Hochfrequenz-Drosselklappen- und Transformatorverlustmessungen.

Damit die APSC-Funktion korrekt funktioniert, sind zwei Dinge erforderlich:

• der Stromsensor mit einer bekannten konstanten Zeitverzögerung
• Der Leistungsanalysator, der in der Lage ist, Zeitverzögerungen zu kompensieren

Als einziger Hersteller von Leistungsanalysatoren, der auch Stromsensoren entwickelt und produziert, ist Hioki in einer einzigartigen Position, Stromsensoren für den APSC zu optimieren.

Die Stromsensoren der Serien Hioki CT68 und CT69 wurden so konstruiert, dass sie über den gesamten Frequenzbereich eine konstante Zeitverzögerung aufweisen, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Dank dieser einzigartigen Eigenschaft kann der PW8001 die Laufzeitverzögerung des Stromsensors unabhängig von der gemessenen Frequenz kompensieren. Andere am Markt erhältliche Stromsensoren sind in der Regel auf geringe Phasenverschiebung bei hohen Frequenzen ausgelegt. Daher weisen diese Stromsensoren keine konstante Laufzeitverzögerung über den gesamten Frequenzbereich auf. Dies wird in Abbildung 2 veranschaulicht, die die Laufzeitverzögerung eines vergleichbaren, auf dem Markt erhältlichen Sensors zeigt.

Abb. 2: Vergleich der Zeitverzögerung

Da die Zeitverzögerung des vergleichbaren Sensors zwischen 100 ns und 20 ns variiert, ist klar, dass dieser Sensor aufgrund seiner Bauart für eine Phasenkorrektur ungeeignet ist, da der Leistungsanalysator die Zeitverzögerung nicht bei allen gemessenen Frequenzen kompensieren kann.

Die Position des Leiters im Stromsensor kann ebenfalls die Messgenauigkeit beeinflussen. Dies wird in den Abbildungen 3 und 4 veranschaulicht.

Abbildung 3: Phasenverzögerung und Kernposition des HIOKI CT68-Kabels

In Abbildung 3 liegen alle Kurven exakt übereinander, was zeigt, dass die Position des Fahrers keinen Einfluss auf die Phasenverzögerung hat.

Die gleichen Tests wurden mit einem vergleichbaren Stromsensor durchgeführt, und das Ergebnis ist in Abbildung 4 dargestellt.

Die Ergebnisse sind sehr unterschiedlich. In diesem Fall beeinflusst die Position des Leiters die Phasenverzögerung bei Frequenzen über 100 kHz und wirkt sich, wie bei der Verwendung von SiC- und GaN-Halbleitern, auf die Gesamtgenauigkeit der Leistungsmessung bei hohen Frequenzen aus.

Maximale Flexibilität

Die zunehmende Komplexität von Energieanwendungen, wie z. B. integrierte Lösungen für erneuerbare Energien mit lokaler Speicherung, Netzanschluss und Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge, erfordert eine Erweiterung der Energiekanäle, um das dynamische Energieverhalten eines Systems analysieren zu können.

Mit seinen modularen 8-Kanal-Leistungseingängen in einem einzigen Gerät, der freien Wahl der Hochspannungseingangsmodule U7001 und U7005 sowie dem Überstromsensorbereich von 20 A bis 2000 A bietet Ihnen das PW8001 die Möglichkeit, Ihre maßgeschneiderte Leistungsmesslösung zusammenzustellen.