Andererseits weisen alle derzeit auf dem Markt befindlichen Sensoren einen Phasenfehler auf, der im Hochfrequenzbereich aufgrund von Verzögerungen in den elektronischen Modulen allmählich zunimmt. Hinzu kommen Konstruktionsunterschiede zwischen den Modellen, die die Größe dieses Fehlers beeinflussen können.
Eine Phasenkorrekturfunktion ermöglicht es, diesen Fehler zu kompensieren. Für die korrekte Funktion der Phasenkorrekturfunktion sind zwei Dinge erforderlich:
• ein Leistungsanalysator, dessen Software die korrekten Berechnungen durchführt
• ein Stromsensor mit bekannter Phasenverschiebung.
Um die Berechnungen in der Leistungsanalysator-Software zu verdeutlichen, ist ein Vergleich mit der „Deskew“- oder Phasenkorrekturfunktion eines Oszilloskops hilfreich. Werden aufgrund von Schaltungslatenzen zwei unterschiedliche Signale zeitversetzt auf dem Oszilloskop empfangen, ermöglicht die „Deskew“-Funktion die Angleichung dieser Signale und kompensiert so deren Latenz mit einem festen Zeitwert.
Die Eingabe eines Phasenkorrekturwerts in einen Leistungsanalysator wie den HIOKI PW6001 hat denselben Effekt, da eine Phasenverschiebung im Wesentlichen eine Verzögerung zwischen Strom und Spannung darstellt. Abbildung 1 zeigt beispielhaft die Verzögerung eines Stromsensors der HIOKI CT68-Serie. Die Verzögerungszeit wird in Nanosekunden als Funktion der Frequenz dargestellt:
Abbildung 1: Zeitverzögerung des HIOKI CT68-Sensors
Eine Verzögerung von 100 ns bei einer Frequenz von 100 Hz hat nicht dieselbe Auswirkung wie eine Verzögerung von 100 ns bei einer
Frequenz von 1 MHz. Dies wird deutlich, wenn die genannte Zeitverzögerung in einen Phasenverzögerungswert in Grad umgerechnet wird:
Abbildung 2: Phasenverzögerung als Funktion der Frequenz
Diese einfache Erklärung setzt natürlich voraus, dass die Zeitverzögerung des Stromsensors unabhängig von der Frequenz immer gleich ist. Dies ist bei HIOKI-Stromsensoren wie der CT68-Serie der Fall. Daher genügt bei der Ausrichtungsfunktion ein einziger Wert, um die Phasenverschiebung des Sensors zu kompensieren.
Dies ist eines der Merkmale, die HIOKI-Sensoren auszeichnen, aber keine Standardeigenschaft aller auf dem Markt erhältlichen Stromsensoren. Folgendes kann passieren, wenn ein herkömmlicher Stromsensor verwendet wird:
Abbildung 3: Vergleich herkömmlicher Sensoren mit einem Sensor der HIOKI CT68-Serie.
Ein Sensor mit frequenzabhängiger Zeitverzögerung kann die Phasenverschiebungskompensation in einem Leistungsanalysator erheblich erschweren. Dies liegt daran, dass unklar ist, welcher Wert als Ausrichtungs- oder „Entzerrungs“-Parameter eingegeben werden soll.
Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal der HIOKI-Stromsensoren ist, dass die Phasenverzögerung während der Messung unabhängig von der Leiterposition im Sensor ist:
Abbildung 4: Phasenverzögerung der HIOKI CT68-Sensoren und Kabelposition im Sensor
Der Grund, warum im Diagramm nur eine Linie sichtbar ist, liegt darin, dass die Phasenverzögerungskurven für alle fünf Messpositionen identisch sind. Dies kann jedoch nicht als Standardeigenschaft aller auf dem Markt erhältlichen Sensoren angesehen werden. Typischerweise beeinflusst die Position des leitfähigen Kerns im Stromsensor die Messwerte, wie die folgende Grafik zeigt:
Abbildung 5: Typische Phasenverzögerung der Sensoren und Drahtposition im Sensor
Wie Sie sehen, ist eine Phasenverschiebungskompensation ohne einen Leistungsanalysator, der diese Funktion unterstützt, nicht möglich. Es ist jedoch auch klar, dass die richtige Kombination aus Leistungsanalysator und Stromsensor für eine präzise Phasenverschiebungskompensation bei Messungen unerlässlich ist.
HIOKI ist seit vielen Jahren auf die Entwicklung von Sensoren für Leistungsmessungen spezialisiert, daher stand der Verzögerungsfaktor schon immer im Fokus der HIOKI-Ingenieure. Sensoren anderer Hersteller hingegen sind typischerweise für die präzise Gleichstrommessung ausgelegt, bei der die Verzögerungscharakteristik weniger kritisch ist.
Die Kombination von HIOKI-Leistungsanalysatoren mit HIOKI-Stromsensoren ist daher die ideale Lösung für ein breites Spektrum an Leistungsanalyseanwendungen, von Gleichstrom bis Hochfrequenz. Denn letztendlich braucht es zwei.
