Avaliação de desempenho de sistemas motores duplos: redução drástica de horas-homem
Realize a medição de potência de banda larga de alta precisão de 8 canais com um único instrumento
Nos últimos anos, houve um esforço de desenvolvimento agressivo por parte dos fabricantes para introduzir versões elétricas de veículos como automóveis e motocicletas, que até hoje são movidos principalmente por motores a gasolina. Além disso, há um esforço mundial contínuo para desenvolver e estimular a adoção de novas tecnologias para geração de eletricidade a partir de fontes de energia renováveis. Espera-se que tais esforços de desenvolvimento, que se destinam a realizar uma sociedade descarbonizada, só se acelerem no futuro.
O desenvolvimento de motores e inversores para veículos elétricos (EVs) e geração de energia de energia renovável consiste em melhorias minúsculas e iterativas que geralmente geram aumentos na eficiência de conversão de energia de menos de 0,01%. É necessário medir a potência com um grau de precisão extremamente alto, pois é impossível confirmar os benefícios das melhorias funcionais se os engenheiros não puderem medir com precisão as mudanças minúsculas na potência. O Analisador de Energia PW8001 da Hioki oferece o alto desempenho de amostragem e resistência ao ruído necessários para detectar com precisão as flutuações de energia causadas pela comutação de alta velocidade de semicondutores de energia SiC. Graças à precisão de medição que o coloca entre os instrumentos mais precisos do mundo, o instrumento pode avaliar com precisão a eficiência da conversão de energia. Em um ambiente de desenvolvimento onde os sistemas de motor duplo estão atraindo a atenção como sistemas de acionamento para EVs, o PW8001, que pode medir até oito canais de dados de energia, pode reduzir drasticamente as horas-homem de medição para equipamentos com um número crescente de circuitos.
Analisadores de energia: Essencial para avaliar equipamentos que consomem grandes quantidades de energia
Com EVs e geração de energia renovável, é necessário maximizar a eficiência de conversão de energia eliminando perdas de energia minúsculas para que a energia possa ser usada da maneira mais eficaz possível. A medição de potência é uma parte essencial da avaliação de perdas e eficiência. É aqui que os analisadores de energia desempenham um papel crucial.
Esses instrumentos medem o uso de energia por dispositivos elétricos como motores e inversores. Ao contrário dos medidores de energia padrão, os analisadores de energia amostram simultaneamente uma variedade de parâmetros, incluindo corrente, tensão, torque e velocidade de rotação, em alta velocidade e precisão, permitindo que eles avaliem propriedades como perda de energia, eficiência de conversão de energia, características do motor, resposta do dispositivo desempenho e análise de frequência. Dessa forma, esses instrumentos desempenham um papel essencial no desenvolvimento de VEs e tecnologias para geração de eletricidade a partir de fontes de energia renováveis.
Requisitos de desempenho para analisadores de energia
Os analisadores de energia convencionais enfrentaram vários problemas.
Requisitos rigorosos para precisão de medição e reprodutibilidade
No desenvolvimento de motores e inversores, onde o foco está em obter melhorias na eficiência e perda, os engenheiros trabalham para acumular pequenas melhorias no desempenho em um esforço para realizar rapidamente produtos com desempenho melhor do que os modelos anteriores. Por exemplo, o desempenho de motores de acionamento da classe de 100 kW usados em EVs aumenta em incrementos de vários watts. Este processo iterativo baseia-se na acumulação de melhorias extremamente pequenas. Sem a capacidade de medir essas pequenas melhorias de desempenho com precisão e com um alto grau de reprodutibilidade, os engenheiros são incapazes de determinar se uma determinada mudança nos valores medidos é evidência de uma melhoria ou simplesmente uma questão de chance. A cada ano sucessivo, os instrumentos estão sujeitos a requisitos cada vez mais exigentes para melhorias funcionais, bem como precisão de medição e reprodutibilidade de medição.
Suporte para frequências mais altas e voltagens mais altas; resistência ao ruído superior
Semicondutores de potência capazes de acomodar altas tensões e comutação de alta velocidade são usados para controlar equipamentos que lidam com grandes quantidades de energia, por exemplo, VEs e sistemas usados para gerar eletricidade a partir de fontes de energia renováveis. A transição para semicondutores de energia de próxima geração, como dispositivos SiC e GaN, continuou em ritmo acelerado nos últimos anos, e os fabricantes continuam aumentando as tensões e as velocidades de comutação.
À medida que as tensões aumentam, também aumenta a necessidade de instrumentos que possam medi-las com segurança. À medida que as velocidades de comutação aumentam, as frequências de medição aumentam, criando demanda por medição em uma faixa mais ampla de frequências. Frequências mais altas também criam demanda por maior resistência ao ruído.
Capacidade multi-circuito
Sistemas de motor duplo em EVs e sistemas de troca de energia em casas inteligentes estão incorporando um número crescente de circuitos em um esforço para fazer uso eficaz da energia. Por exemplo, as ligações entre os motores dianteiros e traseiros são importantes ao avaliar o desempenho de sistemas de motor duplo, que são usados como sistemas de acionamento em EVs. Os instrumentos devem medir simultaneamente a potência do motor dianteiro e traseiro, bem como a potência de entrada e saída para o inversor de cada motor.
A medição requer um canal separado para cada local de medição. No entanto, se um único instrumento não fornecer canais suficientes, vários instrumentos devem ser usados, criando dificuldades para sincronizar o tempo de atualização dos dados de medição. Esse problema reduz a estabilidade ao medir a eficiência e a perda e aumenta os tempos de medição e o número de horas-homem necessárias para integrar os dados.
Um único instrumento que resolve todos os problemas
O PW8001 resolve todos os problemas enfrentados pelos instrumentos convencionais.
Precisão de medição que está entre as mais altas do mundo
Para avaliar com precisão as mudanças de potência minúsculas, é importante medir com precisão a potência em todas as bandas, desde DC até altas frequências. A precisão da medição do instrumento é fundamental para essa capacidade. O PW8001 oferece uma precisão de medição de energia que está entre as mais altas de qualquer instrumento do mundo, com uma precisão fundamental de ±0,03%, precisão DC de ±0,05% e precisão de 50 kHz de 0,2%. O produto oferece precisão de medição excepcional em uma ampla faixa de frequência, incluindo 50 Hz/60 Hz, CC e 50 kHz, permitindo uma avaliação precisa da eficiência de conversão de energia.
Alto desempenho de amostragem e alta resistência ao ruído
Para medir a comutação de alta velocidade de semicondutores de potência de última geração, um instrumento precisa fornecer alto desempenho de amostragem e alta resistência a ruído. O PW8001 oferece desempenho de amostragem excepcional com uma frequência de amostragem de 15 MHz e resolução de amostragem de 18 bits. Como o instrumento também oferece alta resistência ao ruído de 110 dB/100 kHz, ele pode medir potência para alvos de medição com ruído substancial em altas frequências com excelente reprodutibilidade.
Correção automática das características de fase dos sensores de corrente
O desempenho do sensor de corrente também é importante ao medir a potência em equipamentos de alta potência. O desempenho do sensor de corrente tem um impacto significativo na precisão da medição de energia e na eficiência do trabalho. O alto desempenho também é necessário para garantir a reprodutibilidade dos resultados da medição.
Além dos analisadores de energia, a Hioki desenvolve e fabrica seus próprios sensores de corrente. Ao combinar os analisadores de energia Hioki e os sensores de corrente, os clientes podem obter o desempenho ideal de sua configuração de medição.
Além disso, os analisadores de energia fornecem funcionalidade para corrigir automaticamente o erro de fase, um processo que no passado exigia que os usuários inserissem um valor de correção para cada sensor atual. Diferenças individuais minúsculas entre diferentes sensores do mesmo modelo também são corrigidas automaticamente. Essa abordagem elimina a possibilidade de um operador esquecer de realizar o processo de correção, reduzindo as horas-homem de configuração de medição e aumentando a precisão e a reprodutibilidade da medição.
Exemplo de correção automática de fase para o sensor de corrente CA/CC CT6904A
1500 V DC CAT II / 1000 V DC CAT III
O PW8001 suporta medição de 1500 V DC CAT II e 1000 V DC CAT III, permitindo que altas tensões sejam diretamente inseridas e medidas com segurança. Essa capacidade garante que o instrumento será capaz de medir equipamentos usados em EVs e geração de energia renovável, ambas as áreas onde as tensões continuarão a aumentar no futuro.
Solução de instrumento único para medição de 8 canais
Um único PW8001 pode medir a potência em oito canais. Por exemplo, no sistema de motor duplo de um EV, o instrumento pode medir simultaneamente a potência de ambos os motores (dois circuitos de torque e dois circuitos de saída do codificador). Desta forma, pode medir o desempenho de sistemas de dois motores de forma eficiente e altamente reprodutível. Um único PW8001 pode medir motores e inversores de última geração, que usam um número crescente de circuitos.
Exemplo de medição
Hioki usou um Analisador de Potência PW8001-11 (com função de análise do motor) e sensores de corrente para medir a potência dos motores dianteiros e traseiros, bem como a entrada e saída de potência para seus dois inversores e, em seguida, calcular a eficiência e a perda de energia para cada um.
Tela de medição de eficiência
Os resultados indicam que o motor dianteiro (Pm1) tem uma eficiência um tanto baixa de 94,2% e que está ocorrendo uma perda de 3,4 kW.
Tela de análise de forma de onda
1. Entrada do inversor frontal. 2. Saída do inversor frontal. 3. Entrada traseira do inversor. 4. Saída do inversor traseiro. 5. Pulso do codificador traseiro.
Um analisador de energia capaz de atender às necessidades futuras
Espera-se que os sistemas de acionamento com quatro motores nas rodas surjam como uma futura tecnologia EV. O modo de análise de quatro motores do PW8001 pode aceitar sinais de medidores de torque e tacômetros como entrada e usar os dados resultantes para analisar simultaneamente quatro motores. Essa capacidade permite que o instrumento seja usado na avaliação de sistemas que controlam rodas individuais. Além dos recursos, incluindo alta precisão e capacidade de acomodar altas tensões e altas frequências, a Hioki está trabalhando para adicionar funcionalidades e fazer melhorias para resolver os problemas dos clientes.
Por exemplo, dois instrumentos PW8001 podem ser conectados com um cabo de fibra óptica *1, permitindo que um instrumento agregue os valores medidos de ambos os instrumentos para acomodar alvos de medição com um número crescente de circuitos. A configuração resultante pode analisar simultaneamente até 16 canais de dados de energia enquanto exibe e registra dados de eficiência e perda em um instrumento.
As melhorias de funcionalidade do PW8001 estão em andamento para uso na indústria automotiva que permite que os dados de medição sejam emitidos como sinais CAN/ CAN FD *1. Como resultado, o instrumento pode agregar uma variedade de dados relacionados ao veículo, incluindo não apenas tensão, corrente, eficiência e perda, mas também dados de ECUs para baterias e motores, sem discrepâncias de tempo, possibilitando uma avaliação abrangente.
- *1: Este recurso/funcionalidade será suportado no PW8001 Ver. 2,00.
Integração de dados de medição em uma rede CAN
Os meios de transporte de pessoas e mercadorias estão em transição para transmissões elétricas, de automóveis e motocicletas a máquinas de construção, navios e aeronaves. Ao olharmos para uma sociedade descarbonizada, a adoção da geração elétrica por fontes renováveis de energia cresce a cada ano, juntamente com a eficiência da geração. No futuro, a Hioki continuará a buscar um programa diversificado de desenvolvimento de produtos para ajudar a garantir que uma variedade de dispositivos que usam energia possa utilizar a energia da maneira mais eficiente possível.
Hioki também oferece uma ampla gama de instrumentos de medição com funcionalidade projetada para atender às demandas dos clientes. Instrumentos de demonstração estão disponíveis, portanto, entre em contato com a Hioki se desejar experimentar a funcionalidade e o desempenho de nossos produtos por conta própria. E entre em contato com quaisquer problemas de medição que você gostaria de resolver ou instrumentos nos quais você está interessado.
