Falowniki wykorzystywane w kolejnictwie i systemach zasilania operują na wysokich napięciach, co sprawia, że dokładne mierzenie napięcia powyżej 1000 V jest niezbędne do oceny ich wydajności. W odpowiedzi na te wymagania, firma Hioki opracowała wysokonapięciowy dzielnik napięcia VT1005, który umożliwia pomiar napięcia do 5000 Vrms. Wyniki pomiarów są następnie przesyłane za pomocą wyjścia BNC do analizatorów mocy Hioki lub innych kompatybilnych urządzeń pomiarowych. 

By precyzyjnie zmierzyć efektywność wysokowydajnych falowników, konieczne jest dokładne mierzenie mocy w szerokim zakresie – od prądu stałego po wysokie częstotliwości. Dzielnik wysokonapięciowy VT1005 dzięki wyjątkowej płaskości charakterystyki częstotliwościowej, pozwala na precyzyjne pomiary w szerokim paśmie, obejmującym nie tylko częstotliwości DC czy 50 Hz, ale także składowe o częstotliwości przełączania, rzędu 50 kHz i więcej co zapewnia dokładność pomiarów na każdym etapie konwersji energii.

Główne funkcjonalności

• Maksymalne napięcie wejściowe 5000Vrms / 7100Vp
• Dokładność pomiaru  ±0,08% (DC) lub ±0,04% (50/60 Hz)
• Płaskość charakterystyki częstotliwościowej: amplituda: ±0,1% @ 200 kHZ, faza: ±0,1°@ 500 kHz
• Kategoria przepięciowa 2000 V KAT. II lub 1500 V KAT. III
• Pasmo pomiarowe DC do 4 MHz (-3 dB)
• Odporność na zakłócenia, CMRR na poziomie 80 dB
• Pomiar metodą wejścia różnicowego

Zakres pomiaru napięcia z dzielnikiem wysokonapięciowym 1000:1

Analizatory mocy oraz inne precyzyjne urządzenia pomiarowe zazwyczaj nie są przystosowane do bezpośredniego pomiaru napięć przekraczających 1000 V. Do pomiarów wyższych napięć, na przykład do 5000 V, konieczne jest zastosowanie odpowiedniego dzielnika napięcia, który zapewni dokładny pomiar bez zniekształceń wyników. VT1005 umożliwia precyzyjne pomiary takich napięć, a po połączeniu z analizatorami mocy, takimi jak PW8001, pozwala na kompleksową ocenę sprawności falowników. Jest to szczególnie istotne w przypadku urządzeń opartych na technologii półprzewodników wykonanych z węglika krzemu (SiC), wykorzystywanych w zaawansowanych aplikacjach energetycznych, w tym w systemach kolejnictwa elektrycznego.

Tabela 1. Porównanie zakresu pomiarowego napięcia samego analizatora mocy oraz analizatora z dzielnikiem napięcia VT1005

*1: ±7100 V wartość szczytowa, brak kategorii pomiarowej, spodziewane przepięcie przejściowe 0 V

*2: Spodziewane przepięcie przejściowe 12000 V

*3: Spodziewane przepięcie przejściowe 10000 V

*4: W przypadku wykorzystania z jednostki wejściowej U7001

*5: DC 1500 V

*6: DC 1500 V CAT II, DC 1000 V CAT III, spodziewane przepięcie przejściowe 8000 V

Dokładny pomiar mocy od składowej podstawowej do częstotliwości przełączania

VT1005 umożliwia precyzyjny pomiar napięcia w szerokim zakresie częstotliwości z wyjątkową dokładnością. Dla prądu stałego dokładność wynosi poniżej 0,08%, a dla częstotliwości sieciowych (50/60 Hz) poniżej 0,02%. W szerszym zakresie częstotliwości dokładność urządzenia pozostaje na poziomie poniżej 0,1%. VT1005 pozwala także na precyzyjne pomiary najczęściej występujących częstotliwości przełączania, mieszczących się w paśmie do 10 kHz, jak również częstotliwości przełączania falowników zasilanych urządzeniami wykonanymi z węglika krzemu (SiC) w przedziale od 10 kHz do 50 kHz.

Niektórzy użytkownicy mogą kwestionować znaczenie pomiarów wysokoczęstotliwościowych. Warto jednak podkreślić, że dokładna analiza wymaga uwzględnienia pełnej mocy czynnej po stronie wyjściowej falowników, która składa się nie tylko ze składowej podstawowej, ale również ze składowych przełączających. Precyzyjne zmierzenie obu tych elementów jest kluczowe dla rzetelnej oceny sprawności falowników oraz ich wpływu na inne odbiorniki w sieci. VT1005, dzięki swojej wyjątkowej dokładności, zapewnia możliwość dokładnego pomiaru zarówno składowej podstawowej, jak i składowych przełączających, co czyni go niezastąpionym narzędziem w tego rodzaju aplikacjach.

Porównanie dokładności sond różnicowych a dzielnika VT1005

Wysokonapięciowe sondy różnicowe oferują szerokie pasmo częstotliwości, sięgające nawet powyżej 100 MHz. Jednak ich błąd pomiarowy, wynoszący kilka procent przy pomiarze napięcia stałego (DC), rośnie wraz z rozszerzaniem zakresu częstotliwości. Dla porównania, nawet sondy różnicowe renomowanych marek, takich jak Tektronix P5210A, oferują podstawową dokładność na poziomie 2% dla napięcia DC. VT1005 stanowi znaczący krok naprzód w precyzji pomiarów. Dzięki wyjątkowej dokładności oraz doskonałej płaskości charakterystyki częstotliwościowej, VT1005 umożliwia pomiary z dokładnością na poziomie 0,08%, co dotychczas było nieosiągalne w tej klasie urządzeń.

Wysoka odporność na zakłócenia a precyzyjny, powtarzalny pomiar sprawności falowników

VT1005 zapewnia typowy współczynnik tłumienia zakłóceń w trybie wspólnym (CMRR) na poziomie 80 dB przy 100 kHz dzięki zastosowaniu metody wejścia różnicowego.

Urządzenie wyróżnia się wysoką odpornością zarówno na zakłócenia w trybie wspólnym, jak i na zakłócenia o wysokiej częstotliwości, co pozwala na precyzyjny pomiar napięcia nawet w środowiskach o dużym poziomie szumów. Jest to szczególnie istotne w przypadku urządzeń przetwarzających energię, takich jak falowniki, które są istotnym źródłem zakłóceń. Dzięki temu wysokim współczynniku CMRR VT1005 jest niezastąpiony przy ocenie wydajności systemów, gdzie kluczowa jest eliminacja wpływu zakłóceń na wyniki pomiarów.

Jak mierzyć sprawność energetyczną urządzeń wysokiego napięcia w bezpieczny i dokładny sposób.

Czym różni się VT1005 od typowej sondy różnicowej?