電力分析用広帯域DW500UB-2V
はじめに
窒化ガリウム（GaN）や炭化ケイ素（SiC）などのワイドバンドギャップ半導体技術に基づく電力変換製品は、現在、ほぼ完全な正弦波波形を生成できる著しく高いスイッチング周波数で動作している。チョークやコンデンサーなどのフィルター素子は、チョークのインダクタンス値とコンデンサーのキャパシタンスがスイッチング周波数に反比例するため、より小型・軽量化できる。今後、SiCやGaNベースの部品は、より多くのアプリケーションで受け入れられ続けるだろう。ダニセンスは、現在要求されている広帯域幅に対応する能力を備えた新モデルDW500UB-2Vを発表します。
バックグラウンド・パワー・アナライザー
パワーアナライザは通常、有効電力の計算に以下の基本式を用いる。
このように、デジタル化された電圧v(t)と電流i(t)の瞬時値が掛け合わされ、その結果が定義された時間窓にわたって合計される。基本的に、パワーアナライザの帯域幅制限またはフィルタカットオフ周波数までの直流成分、すべての高調波成分、非高調波成分が考慮されます。 プレミアム・セグメントのパワー・アナライザは、すでに周波数10 MHzまで動作する。 ほとんどの場合、電圧信号はパワーアナライザで直接処理されるため、パワーアナライザの全帯域幅を使用することができます。
30Aを超える電流測定には、一次側信号を二次側に高精度で伝送しなければならない、電気的に絶縁された電流変換器がしばしば使用される。これらの電流センサーは、銅線巻線と鉄芯を主な構成部品としています。また、ロゴスキーコイルは、銅線を巻いたコイル本体で構成されています。この構造により、巻線インダクタンスと、個々の巻線間および個々の巻線層間に常に形成される不要なキャパシタンスが発生する。従って、それぞれの銅線巻線は潜在的な発振回路を表している。トムソンの発振方程式により、共振周波数を計算することができます。
つまり、電流変換器の帯域幅には制限があることが多いのです。パワーアナライザの内部フィルタは、それに応じて電力計算の帯域幅を狭めるために作動します。そうしないと、次の図1が示すように、電力分析の高い周波数成分が電流変換器によって強く歪められることがあります。
発振特性は銅巻線の静電容量に強く依存するため、温度変化によって曲線がシフトする。
次世代パワーエレクトロニクスにおける高いスイッチング周波数
特に、スイッチング周波数の高い周波数コンバーターを使用してモーターを制御する場合、以下の式に従ってスイッチング周波数の倍数が電流・電圧信号に現れるため、電力の能動成分も3桁kHzの範囲で見つけることができる。
スイッチング周波数とその高調波は、有効電力成分と無効電力成分から構成される。これらの成分を十分な精度で測定するためには、振幅誤差に加えて位相誤差も高精度でなければなりません。
位相変位
特にモーターのような誘導負荷を使用する場合、負荷の誘導成分は周波数とともに増加する。それに応じて力率は周波数が高くなるにつれて低下する。その結果、電力計算に対する位相誤差の影響が大きくなります。この相関関係を図3に示す。
同じ位相誤差であれば、有効電力計算の誤差が大きくなる（赤色）。異なる位相誤差に対するより正確な値は、次の図4で見ることができる。
DW500UB-2V
DW500UB-2Vは10MHzまで共振干渉がありません。これは10MHzまでのリニアな伝送動作の基本条件です。位相誤差は、主に2mの同軸ケーブルに起因する固定時間遅延で構成されています。この時間遅延は試験プロトコルに記載されています。測定装置が固定時間遅延を補正できれば、位相誤差を大幅に低減できます。これを図 5 に示します。
例えば、ZES ZIMMER 社の LMG671 の選択メニューには、タイムディレイを入力する入力テンプレートが用意されています。
精度だけでなく、高周波での通電容量も一次導体だけでなく考慮しなければなりません。銅巻線の電流変換器もそれに合わせて設計する必要があります。DW500UB-2Vは25℃で100kHzまでの公称電流を扱うことができます。仕様の詳細は、https://danisense.com/ のデータシートに記載されています。