Evaluación del rendimiento de los sistemas de motores duales: reducción drástica de las horas-hombre
Realice mediciones de potencia de banda ancha y alta precisión de 8 canales con un solo instrumento
Los últimos años han visto un esfuerzo de desarrollo agresivo por parte de los fabricantes para introducir versiones eléctricas de vehículos como automóviles y motocicletas, que en su mayoría han sido propulsados por motores de gasolina hasta la fecha. Además, existe un esfuerzo mundial en curso para desarrollar y estimular la adopción de nuevas tecnologías para generar electricidad a partir de fuentes de energía renovables. Se espera que tales esfuerzos de desarrollo, que están destinados a lograr una sociedad descarbonizada, se aceleren en el futuro.
El desarrollo de motores e inversores para vehículos eléctricos (EV) y la generación de energía de energía renovable consiste en minúsculas mejoras iterativas que generalmente producen aumentos en la eficiencia de conversión de energía de menos del 0,01 %. Es necesario medir la potencia con un grado de precisión extremadamente alto, ya que es imposible confirmar los beneficios de las mejoras funcionales si los ingenieros no pueden medir con precisión cambios minúsculos en la potencia. El ANALIZADOR DE POTENCIA PW8001 de Hioki ofrece el alto rendimiento de muestreo y la resistencia al ruido necesarios para detectar con precisión las fluctuaciones de potencia causadas por la conmutación de alta velocidad de los semiconductores de potencia de SiC. Gracias a una precisión de medición que lo ubica entre los instrumentos de este tipo más precisos del mundo, el instrumento puede evaluar con precisión la eficiencia de conversión de energía. En un entorno de desarrollo en el que los sistemas de motor dual atraen la atención como sistemas de accionamiento para vehículos eléctricos, el PW8001, que puede medir hasta ocho canales de datos de potencia, puede reducir drásticamente las horas-hombre de medición para equipos con un número creciente de circuitos.
Analizadores de energía: Imprescindibles para evaluar equipos que consumen grandes cantidades de energía
Con los vehículos eléctricos y la generación de energía renovable, es necesario maximizar la eficiencia de conversión de energía mediante la eliminación de pérdidas de energía minúsculas para que la energía se pueda usar de la manera más efectiva posible. La medición de potencia es una parte esencial de la evaluación de pérdidas y eficiencia. Es aquí donde los analizadores de potencia juegan un papel crucial.
Estos instrumentos miden el consumo de energía de dispositivos eléctricos como motores e inversores. A diferencia de los medidores de potencia estándar, los analizadores de potencia muestrean simultáneamente una variedad de parámetros, que incluyen corriente, voltaje, par y velocidad de rotación, a alta velocidad y precisión, lo que les permite evaluar propiedades como pérdida de potencia, eficiencia de conversión de potencia, características del motor, respuesta del dispositivo rendimiento y análisis de frecuencia. De esta forma, estos instrumentos juegan un papel fundamental en el desarrollo de vehículos eléctricos y tecnologías para la generación de electricidad a partir de fuentes de energía renovables.
Requisitos de rendimiento para analizadores de redes
Los analizadores de potencia convencionales se han enfrentado a una serie de problemas.
Requisitos estrictos de precisión y reproducibilidad de la medición
En el desarrollo de motores e inversores, donde la atención se centra en la realización de mejoras en la eficiencia y la pérdida, los ingenieros trabajan para acumular pequeñas mejoras en el rendimiento en un esfuerzo por realizar rápidamente productos que funcionen mejor que los modelos anteriores. Por ejemplo, el rendimiento de los motores de accionamiento de clase de 100 kW utilizados en los vehículos eléctricos aumenta en incrementos de varios vatios. Este proceso iterativo se basa en la acumulación de mejoras extremadamente pequeñas. Sin la capacidad de medir mejoras de rendimiento tan pequeñas con precisión y con un alto grado de reproducibilidad, los ingenieros no pueden determinar si un cambio dado en los valores medidos es evidencia de una mejora o simplemente una cuestión de azar. Con cada año sucesivo, los instrumentos están sujetos a requisitos cada vez más exigentes para las mejoras funcionales, así como la precisión de la medición y la reproducibilidad de la medición.
Soporte para frecuencias más altas y voltajes más altos; resistencia al ruido superior
Los semiconductores de potencia capaces de admitir altos voltajes y conmutación de alta velocidad se utilizan para controlar equipos que manejan grandes cantidades de energía, por ejemplo, vehículos eléctricos y sistemas utilizados para generar electricidad a partir de fuentes de energía renovables. La transición a los semiconductores de potencia de próxima generación, como los dispositivos de SiC y GaN, ha continuado a buen ritmo en los últimos años, y los fabricantes continúan aumentando los voltajes y las velocidades de conmutación.
A medida que aumentan los voltajes, también aumenta la necesidad de instrumentos que puedan medirlos de manera segura. A medida que aumentan las velocidades de conmutación, aumentan las frecuencias de medición, lo que genera una demanda de medición en una banda de frecuencias más amplia. Las frecuencias más altas también crean la demanda de una mayor resistencia al ruido.
Capacidad multicircuito
Los sistemas de doble motor en vehículos eléctricos y los sistemas de intercambio de energía en casas inteligentes están incorporando un número cada vez mayor de circuitos en un esfuerzo por hacer un uso efectivo de la energía. Por ejemplo, los vínculos entre los motores delantero y trasero son importantes al evaluar el rendimiento de los sistemas de dos motores, que se utilizan como sistemas de propulsión en los vehículos eléctricos. Los instrumentos deben medir simultáneamente la potencia del motor delantero y trasero, así como la potencia de entrada y salida para el inversor de cada motor.
La medición requiere un canal separado para cada ubicación de medición. Sin embargo, si un solo instrumento no proporciona suficientes canales, se deben usar varios instrumentos, lo que crea dificultades para sincronizar el tiempo de actualización de los datos de medición. Este problema reduce la estabilidad al medir la eficiencia y la pérdida y aumenta los tiempos de medición y la cantidad de horas-hombre necesarias para integrar los datos.
Un único instrumento que resuelve todos los problemas
El PW8001 resuelve todos los problemas que enfrentan los instrumentos convencionales.
Precisión de medición que se encuentra entre las más altas del mundo
Para evaluar con precisión los cambios de potencia minúsculos, es importante medir con precisión la potencia en cada banda, desde CC hasta frecuencias altas. La precisión de medición del instrumento es clave para esta capacidad. El PW8001 ofrece una precisión de medición de potencia que se encuentra entre las más altas de cualquier instrumento de este tipo en el mundo, con una precisión fundamental de ±0,03 %, una precisión de CC de ±0,05 % y una precisión de 50 kHz de 0,2 %. El producto ofrece una precisión de medición excepcional en una amplia banda de frecuencias, incluidos 50 Hz/60 Hz, CC y 50 kHz, lo que permite una evaluación precisa de la eficiencia de conversión de energía.
Alto rendimiento de muestreo y alta resistencia al ruido
Para medir la conmutación de alta velocidad de los semiconductores de potencia de próxima generación, un instrumento debe proporcionar un alto rendimiento de muestreo y una alta resistencia al ruido. El PW8001 ofrece un rendimiento de muestreo excepcional con una frecuencia de muestreo de 15 MHz y una resolución de muestreo de 18 bits. Dado que el instrumento también proporciona una alta resistencia al ruido de 110 dB/100 kHz, puede medir la potencia para objetivos de medición con ruido sustancial a altas frecuencias con excelente reproducibilidad.
Corrección automática de las características de fase de los sensores de corriente
El rendimiento del sensor de corriente también es importante cuando se mide la potencia en equipos de alta potencia. El rendimiento del sensor de corriente tiene un impacto significativo en la precisión de la medición de potencia y la eficiencia del trabajo. También es necesario un alto rendimiento para garantizar la reproducibilidad de los resultados de la medición.
Además de los analizadores de potencia, Hioki desarrolla y fabrica sus propios sensores de corriente. Al combinar los analizadores de potencia Hioki y los sensores de corriente, los clientes pueden obtener un rendimiento óptimo de su configuración de medición.
Además, los analizadores de energía brindan funcionalidad para corregir automáticamente el error de fase, un proceso que en el pasado requería que los usuarios ingresaran un valor de corrección para cada sensor de corriente. Las minúsculas diferencias individuales entre diferentes sensores del mismo modelo también se corrigen automáticamente. Este enfoque elimina la posibilidad de que un operador se olvide de realizar el proceso de corrección mientras reduce las horas-hombre de configuración de la medición y aumenta la precisión y la reproducibilidad de la medición.
Ejemplo de corrección de fase automática para el sensor de corriente AC/DC CT6904A
1500 V CC CAT II / 1000 V CC CAT III
El PW8001 admite mediciones de 1500 V CC CAT II y 1000 V CC CAT III, lo que permite introducir y medir directamente altos voltajes de forma segura. Esta capacidad garantiza que el instrumento podrá medir equipos utilizados en vehículos eléctricos y generación de energía renovable, ambas áreas donde los voltajes seguirán aumentando en el futuro.
Solución de un solo instrumento para medir 8 canales
Un solo PW8001 puede medir la potencia en ocho canales. Por ejemplo, en un sistema de motor dual de EV, el instrumento puede medir simultáneamente la potencia de ambos motores (dos circuitos de par y dos circuitos de salida del codificador). De esta manera, puede medir el rendimiento de los sistemas de doble motor de manera eficiente y altamente reproducible. Un solo PW8001 puede medir motores e inversores de última generación, que utilizan un número cada vez mayor de circuitos.
Ejemplo de medición
Hioki usó un ANALIZADOR DE POTENCIA PW8001-11 (con función de análisis de motor) y sensores de corriente para medir la potencia de los motores delantero y trasero, así como la entrada y salida de potencia de sus dos inversores y luego calcular la eficiencia y pérdida de potencia de cada uno.
Pantalla de medición de eficiencia
Los resultados indican que el motor delantero (Pm1) tiene una eficiencia algo baja del 94,2% y que se están perdiendo 3,4 kW.
Pantalla de análisis de forma de onda
1. Entrada inversor frontal. 2. Salida inversor frontal. 3. Entrada inversor trasera. 4. Salida inversor trasera. 5. Pulso del codificador trasero.
Un analizador de redes capaz de cubrir las necesidades futuras
Se espera que los sistemas de propulsión con cuatro motores en las ruedas surjan como una futura tecnología EV. El modo de análisis de cuatro motores del PW8001 puede aceptar señales de medidores de torque y tacómetros como entrada y usar los datos resultantes para analizar cuatro motores simultáneamente. Esta capacidad permite que el instrumento se utilice en la evaluación de sistemas que controlan ruedas individuales. Además de las capacidades que incluyen alta precisión y su capacidad para acomodar altos voltajes y altas frecuencias, Hioki está trabajando para agregar funcionalidad y realizar mejoras para resolver los problemas de los clientes.
Por ejemplo, se pueden conectar dos instrumentos PW8001 con un cable de fibra óptica *1, lo que permite que un instrumento agregue los valores medidos de ambos instrumentos para adaptarse a los objetivos de medición con un número creciente de circuitos. La configuración resultante puede analizar simultáneamente hasta 16 canales de datos de energía mientras muestra y registra datos de eficiencia y pérdida en un instrumento.
Las mejoras en la funcionalidad del PW8001 están en progreso para su uso en la industria automotriz que permite que los datos de medición se emitan como señales CAN/ CAN FD *1. Como resultado, el instrumento puede agregar una serie de datos relacionados con el vehículo, que incluyen no solo voltaje, corriente, eficiencia y pérdida, sino también datos de ECU para baterías y motores, sin discrepancias de tiempo, lo que hace posible una evaluación integral.
- *1: Esta característica/funcionalidad será compatible con PW8001 Ver. 2.00.
Integración de datos de medición en una red CAN
Los medios de transporte de personas y mercancías están cambiando a transmisiones eléctricas, desde automóviles y motocicletas hasta maquinaria de construcción, barcos y aviones. A medida que miramos hacia una sociedad descarbonizada, la adopción de la generación eléctrica con fuentes de energía renovable aumenta año tras año, junto con la generación de eficiencia. En el futuro, Hioki continuará con un programa diverso de desarrollo de productos para ayudar a garantizar que una variedad de dispositivos que usan energía puedan utilizar la energía de la manera más eficiente posible.
Hioki también ofrece una amplia gama de instrumentos de medición con funcionalidad diseñada para satisfacer las demandas de los clientes. Los instrumentos de demostración están disponibles, así que comuníquese con Hioki si desea experimentar la funcionalidad y el rendimiento de nuestros productos por sí mismo. Y póngase en contacto con cualquier problema de medición que desee resolver o los instrumentos que le interesen.
