В этой статье мы рассмотрим, что такое анализ мощности и какие инструменты используются для его проведения. Благодаря этой статье вы:

  • Поймете, что на самом деле представляет собой электрическая мощность
  • Узнаете, зачем нужен анализ мощности и как ее рассчитать
  • Изучите порядок проведения анализа мощности и поймете, что представляет собой анализатор мощности.

Готовы? Тогда начинаем!

Содержание статьи

Что такое анализ мощности?

Что такое анализатор мощности?

Что такое электрическая мощность

Количественная оценка электрической мощности

Как вычислить электрическую мощность?

Принципы измерения мощности

Мощность и энергия — в чем разница?

Для чего нужно измерять мощность?

Как работают анализаторы мощности?

Анализаторы мощности Dewesoft

Анализатор мощности со встроенным БПФ-анализатором

Многофазные анализаторы мощности

База данных датчиков повышает точность измерения тока и напряжения

SIRIUS XHS — анализатор мощности нового поколения

Измерение тока с помощью Dewesoft X

Что такое анализ мощности?

Мощность — это скорость выполнения работы, то есть количество потребляемой энергии за единицу времени. Мощность электрической системы представляет собой произведение напряжения и величины тока, интегрируемое по периоду и затем поделенное на него. Для расчета мощности электрической системы необходимо знать период (величину, обратную частоте). ‎Анализ мощности — это метод контроля и изучения мощности, при котором обычно используется анализатор мощности.

Что такое анализатор мощности?

Анализатор мощности — это прибор, определяющий количество потребляемой энергии в электрических системах. Количество потребляемой энергии выражается в джоулях в секунду (Дж/с) или киловатт-часах (кВт·ч). Электрическая мощность — это удельная скорость передачи электрической энергии в электрической системе между двумя точками.

SIRIUS XHS Power AnalyzerАнализатор мощности SIRIUS XHS с четырьмя высоковольтными и тремя низковольтными усилителями для подключения преобразователей тока

Взгляните на универсальный и мощный высокоточный анализатор мощности Dewesoft

Что такое электрическая мощность

Можно увидеть саму электрическую цепь, но невозможно увидеть, есть ли в ней напряжение или ток. Проверять это своими руками чрезвычайно (а иногда и смертельно) опасно, поэтому при проведении электрических измерений необходимо использовать специальный прибор.

Итак, как мы можем представить электричество, движущееся по цепи? Поскольку мы способны видеть движение воды, мы можем использовать его как аналогию для объяснения работы электрические цепей. Всем известно, что если вода вытекает из трубы, значит на нее действует сила, или ‎давление, связанная либо с гравитацией, либо с работой механического насоса.

Сравнение принципа работы электрической цепи и водяного насоса

Следуя этой аналогии:

  • Напряжение — это давление, которое проталкивает воду по трубе. Чем выше давление, тем быстрее течет вода. Напряжение измеряется в вольтах (В).
  • Ток— это имеющийся объем воды. Чем больше объем, тем больше воды течет по трубе. Сила тока измеряется в амперах (А).
  • Сопротивление— уменьшение внутреннего объема трубы, что ограничивает поток воды. Единицей измерения сопротивления является ом (Ом или Ω).

Если ток проходит только в одном направлении, от он очень похож на воду, проходящую через трубу или шланг. Другими словами, согласно нашей аналогии это постоянный ток (DC). Однако, если поток движется попеременно в обоих направления,х то он аналогичен переменному току (AC)

Именно благодаря переменному току, который используется для передачи электричества на большие расстояния, в наши дома и предприятия поступает электроэнергия.

Постоянный ток используется в работе современной электроники и батареек. 

При этом компьютер, к примеру, может подключаться к розетке переменного тока, но внутри него есть импульсный преобразователь напряжения (SMPS), который преобразует переменный ток в постоянный и стабилизирует напряжение постоянного тока. Импульсный преобразователь ноутбука, скорее всего, находится во внешнем ‎блоке‎, который соединяет розетку переменного тока на стене и систему питания постоянного тока внутри ноутбука. Телефон или планшет также являются устройствами постоянного тока, использующие внешний импульсный преобразователь для зарядки внутреннего аккумулятора.

Количественная оценка электрической мощности

В физике электроэнергия — это скорость выполнения работы. Другими словами, это количество энергии, потребляемой за единицу времени. Единицей измерения мощности является ватт (Вт), равный одному джоулю в секунду (Дж/с).

Что такое электрическая мощность

Электрическая мощность — это удельная скорость передачи электрической энергии в электрической системе между двумя точками. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не возникает из ниоткуда и не может быть уничтожена. Она лишь преобразуется из одной формы энергии в другую или передается от одной системы к другой. 

Поскольку идеальной электрической системы не существует, при передаче энергии всегда будут определенные потери. Наиболее распространенной формой потерь в электрической цепи является тепловыделение. Если цепь нагревается, это означает, что часть ее энергии преобразуется в тепло и поэтому не может быть использована для выполнения полезной работы. 

Это снижает эффективность всей электрической системы. Не случайно механические системы также генерируют тепло — не дотрагивайтесь до лампы накаливания, или испытаете преобразование энергии в тепло на себе! Электрическая мощность — это лишь частный случай мощности, которая рассматривается в физике.

Обычно электрическая мощность выражается в киловаттах (кВт).

Как вычислить электрическую мощность?

Для вычисления мощности в ваттах (Вт) следует умножить напряжение (В) на силу тока (А)

\[P(t) = I(t) \cdot V(t)\]

Это базовое уравнение может быть преобразовано с помощью закона Ома, согласно которому ток, проходящий через линейное сопротивление, прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению электрической цепи при постоянной температуре. Закон Ома может быть записан несколькими способами:

\[V = I \cdot R\]

\[P = V \cdot I\]

\[P = I^2 \cdot R\]

\[P = \frac{V^2} {R}\]

Но закон Ома справедлив только для постоянного тока (DC), где напряжение и ток постоянны. 

Для переменного тока (АС) с помощью закона Ома можно определить только мгновенную мощность, поэтому нам потребуется другой метод.

Проанализировать электрическую мощность можно только используя уравнение, точно описывающее ее. К счастью, такое уравнение существует:

\[P=\frac{1}{T}\int_{t=0}^T u(t)\cdot i(t)\;dt\]

Где:

  • P— мощность, ватт (Вт)
  • i— ток, ампер (А)
  • u— напряжение, вольт (В)
  • T— период в секундах (с)

Давайте представим это уравнение на графике: 

Power calculation equation visualized on a cartesian plane showing the voltage and current, and the resulting power curve after integrationУравнение для вычисления мощности представлено в виде графика в декартовой системе координат, которая включает величину напряжения и тока, а также результирующую кривую мощности после интегрирования.

При изучении кривизны форм сигнала можно заметить, что мощность в системе переменного тока выражается не просто через умножение напряжения на ток, как в системе постоянного тока. Она определяется по среднему значению времени мгновенной мощности за один цикл. Из этого следует, что для вычисления электрической мощности необходимо знать частоту.

Принципы измерения мощности

В электрических системах переменного тока (АС) главным образом различают три вида мощности, а именно:

  1. активную мощность (P);
  2. реактивную мощность (Q);
  3. полную мощность (S).

Для иллюстрации соотношения между ними существует удобный инструмент — треугольник мощности, основанный на теореме Пифагора: 

Power triangle, illustrating the relationship between active, reactive, and apparent power, including the angle phi and the power factor, also known as cosine phi (cos phi)Треугольник мощности, иллюстрирующий соотношение между активной, реактивной и полной мощностью, включая угол сдвига между током и напряжением φ и коэффициент мощности cosφ

Давайте рассмотрим подробнее эти термины и их значение:

Активная мощность (P)

Активная мощность (P), также известная как «‎реальная мощность»— это полезная мощность, питающая цепь переменного тока. 

Реактивная мощность (Q)

Реактивная мощность (Q) не производит механической работы, но постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой. Она используется преимущественно для транспортировки активной мощности через электрическую систему. 

Полная мощность (S)

Полная мощность (S) представляет собой векторную сумму активной и реактивной мощностей в системе переменного тока. 

Коэффициент мощности (PF)

Коэффициент мощности (PF)— это отношение активной мощности к полной, которое может изменяться в интервале между 1 и −1. 

Коэффициент мощности — это доля активной мощности в электрической цепи, в отличие от полной мощности, объединяющей как активную, так и реактивную мощность. Другими словами, это величина, на которую полезная мощность в линии электропередачи меньше максимальной теоретически возможной мощности. Снижение теоретически идеального коэффициента мощности является результатом сдвига фаз между напряжением и током.

Коэффициент мощности часто обозначается как cos𝜑.

Реактивная мощность может быть положительной или отрицательной, что демонстрируется положительным или отрицательным знаком угла 𝜑. Благодаря этому мы можем определить, опережает ли ток напряжение или отстает от него в линии электропередачи. 

Положительная реактивная мощность означает, что ток запаздывает, и указывает на индуктивную нагрузку, потребляющую реактивную мощность. 

Отрицательная реактивная мощность означает, что ток опережает напряжение, и указывает на ёмкостную нагрузку, создающую реактивную мощность.

Чистые активные (омические) нагрузки, как и традиционные лампы накаливания, имеют коэффициент мощности, близкий к 1. Это означает, что напряжение и ток находятся «в фазе», поэтому в линии электропередачи очень мало реактивной энергии. 

При положительных коэффициентах мощности чем ближе коэффициент к нулю, тем больше разница в фазах между напряжением и током, и тем больше реактивная энергии в линии электропередачи. С отрицательным коэффициентом мощности всё с точностью до наоборот: при PF = −1 разность фаз между напряжением и током равна 180°.

Мощность и энергия — в чем разница?

Термины «электрическая энергия»‎ и «‎ электрическая мощность»‎ не являются взаимозаменяемыми, поскольку обозначают разные величины. Используя аналогию с водой, можно легко проиллюстрировать эту разницу:

Illustrated difference between electric energy and electric power

Мощность — это потенциал, в то время как энергия — это конечный результат с течением времени

Мощность — это, по сути, скорость расхода воды в зависимости от давления и объема шланга. Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и мегаваттах (МВт).

Энергия — это количество воды, проходящее через шланг за некоторое время. Вот почему расход электроэнергии в ваших счетах указывается в киловатт-часах (кВт·ч).

Взгляните на решения для измерения мощности и электроэнергии от Dewesoft

Dewesoft Power and Energy Measurement Solutions

Для чего нужно измерять мощность?

Выражаясь словами всемирно известного консультанта по менеджменту Питера Друкера, «‎Если вы не можете что-то измерить, значит, вы не сможете этим управлять»

Измерение тока и напряжения — это только первый шаг в анализе электрической системы, который можно легко выполнить с помощью любого анализатора мощности или счетчика мощности, представленного на рынке. 

Но для того, чтобы управлять чем-то эффективно, нужно получить как можно больше информации. Именно для этого и предназначен анализатор мощности. Анализаторы мощности облегчают проведение комплексного анализа любой электрической системы.

По мере того, как электроэнергия и мощность приобретают все большее значение, крайне важно постоянно их измерять и регулировать — это позволит обеспечить бесперебойное снабжение энергией, высокий уровень надежности и безопасности и эффективность работы. Начиная с момента выработки энергии и до ее передачи в наши дома и предприятия анализаторы мощности играют ключевую роль в проведении точных и всеобъемлющих измерений. 

Максимально точно измерять мощность необходимо по следующим причинам: 

  • Для НИОКР — повышение эффективности продукции и услуг
  • Повышение энергоэффективности
  • Сокращение расходов и затрат времени
  • Соблюдение национальных и международных стандартов
  • Обеспечение безопасности продукции и операторов

Как работают анализаторы мощности?

Анализаторы мощности позволяют проводить широкий диапазон испытаний и измерений на электрических компонентах, цепях и системах. К числу наиболее распространенных видов анализа относятся следующие:

Анализ профиля нагрузки применяется для определения компонентов энергосистемы, включающие величину тока и напряжения, фазовый угол φ, активную мощность, реактивную мощность, полную мощность, а также коэффициент мощности в установившемся режиме работы. 

Кроме того, для нелинейных нагрузок необходимо измерить и проанализировать реактивную мощность искажений, а также реактивную мощность гармоник. В теории напряжение и ток имеют идеальную синусоидальную волну с частотой 50 Гц в Европе (и преимущественно 60 Гц в Северной и Южной Америке). Это касается только тех случаев, когда к энергосистеме подключены чистые активные линейные нагрузки (например, лампы накаливания, электрические нагреватели, электродвигатели переменного тока и т. д.). 

Вышеупомянутый треугольник мощности справедлив только для активных нагрузок, но в настоящее время к системам подключается всё больше нелинейных нагрузок и нелинейного оборудования. Это привело к появлению нового измерения в треугольнике мощности, а именно искажения и гармонической реактивной мощности. Эти явления рассматриваются в отдельной статье «‎Что такое качество электроэнергии»‎ [*БУДЕТ ОПУБЛИКОВАНА В БЛИЖАЙШЕЕ ВРЕМЯ]. 

Взглянем на новый треугольник мощности:  

Power triangle illustrates the relationship between active, reactive, and apparent power, including the new dimension of distortion and harmonic reactive powerНовый треугольник мощности демонстрирует связь между активной, реактивной и полной мощностями и учитывает искажение и реактивную мощность гармоник

В приведенном ниже примере линейное напряжение обеспечивает подачу энергии переменного тока в систему, а коммутационный выпрямитель преобразует ее в энергию постоянного тока, которая необходима светодиодам. Взгляните на схему измерительной установки: 

Schematic diagram of a LED testing power measurement set-up with both the AC and the DC voltage and current waveforms measured with the power module from Dewesoft

Схема измерительной установки для испытания мощности светодиода с рассмотрением форм сигнала как переменного, так постоянного напряжения и тока, определенных с помощью модуля для анализа мощности от Dewesoft

В настоящее время к электросетям подключают все больше нелинейных нагрузок (балластные блоки, выпрямители, инверторы, персональные компьютеры и т.д.) и нелинейных энергетических установок (ветровые, солнечные и другие). Поэтому формы сигнала напряжения и тока искажены и не являются идеальными синусоидами. Следовательно, для определения воздействия этих нелинейных нагрузок на ток и напряжение в электрической системе необходим провести анализ гармоник.

Анализ коротких замыканий проводится с целью получения информации о всех возможных сценариях функционирования электрической системы, а также для определения способности отдельных компонентов системы влиять на величину тока в цепи или выдерживать ее.

Координационный анализ применяется при разработке защиты по току. Учитывая характеристики защитного устройства, включая его калибровку и настройку параметров, он определяет идеальный рабочий диапазон.

Анализаторы мощности Dewesoft

Анализаторы мощности Dewesoft не только самые маленькие, но и самые мощные в мире. Удобная аппаратная платформа в сочетании с мощным программным обеспечением предоставляет уникальные возможности для проведения электрических испытаний и измерений любого вида. Анализатор мощности Dewesoft может вычислять более 100 параметров мощности— P, Q, S, PF, cosφ и многие другие. 

Также анализатор мощности выполняет ряд возможностей других приборов:

  • Регистрация первичных данных
  • Функции осциллографа
  • БПФ-анализатор
  • Гармоники
  • и т. д.

Все эти расчеты могут быть произведены в реальном времени, во время постобработки или в обоих случаях.

Dewesoft power analyzer functionalitiesАнализатор мощности Dewesoft сочетает в одном устройстве несколько приборов и функциональных возможностей — анализатор мощности, БПФ-анализатор, рекордер исходных данных, осциллограф, анализатор гармоник, температурный регистратор, регистратор вибрационный и многое другое.

Анализаторы мощности Dewesoft R8 могут быть оснащены высокоскоростными аналоговыми входами в количестве до 64 штук (частота выборки до 1 МГц при 16 бит и полоса пропускания 5 МГц на канал).

The Dewesoft R8DB power analyzer is capable of 32 high voltage and 32 current channel in a single box with RAW data storing and real-time powe analysisАнализатор мощности Dewesoft R8DB может иметь 64 канала, которые выбираются исходя из проводимых измерений — и всё это в одном устройстве!

Входы полностью изолированы как по типу канал-земля (со стороны датчика), так и по типу канал-канал. Цепь возбуждения датчиков также изолирована. Настоящая гальваническая изоляция подразумевает уменьшение уровня шума, устранение контуров заземления и высокое качество сигнала

Измерения на высоковольтных входах соответствуют следующим категориям безопасности: 1600 В пост. тока/CAT II 1000 В/CAT III 600 В. Ток может быть измерен с помощью высокоточных датчиков тока, таких как преобразователи нулевого потока, токовые клещи переменного/постоянного тока, пояса Роговского или шунты.

Dewesoft current tranducersDewesoft представляет широкий диапазон преобразователей и датчиков тока для любого диапазона и точности измерения

Анализатор мощности может также собирать дополнительные типы сигналов с других источников данных: акселерометров, тензодатчиков, датчиков нагрузки, термопар, резистивных датчиков температуры (RTD), счетчиков и энкодеров, GPS-устройств, бортовых шин (CAN BUS, XCP, Flexray) и даже видеокамер. Все каналы синхронизированы друг с другом.

Typical 3-phase delta measurement screen from DewesoftX power analysis softwareСтандартный дисплей при трехфазном измерении дельты из ПО анализатора мощности Dewesoft X

SIRIUS XHS — анализатор мощности нового поколения

Анализатор мощности SIRIUS XHS — это новейшее устройство линейки SIRIUS. Это высокоскоростная система сбора данных, способная записывать сигнал на каждом из восьми аналоговых входов с частотой выборки до 15 МГц на канал и полосой пропускания до 5 МГц

The new SIRIUS XHS power analyzerXHS SIRIUS с четырьмя усилителями HV и четырьмя усилителями LV

Система сбора данных SIRIUS XHS оснащена совершенно новой технологией HybridADC и подходит как для записи переходных процессов в широких полосах пропускания, так и безалиасингового высокодинамичного сбора данных. Безалиасинговая фильтрация позволяет получать сигналы с динамическим диапазоном до 160 дБ. Изоляция канал-канал и канал-земля предотвращает повреждение систем избыточным напряжением и возникновение контуров заземления. 

Новая технология HybridADC системы SIRIUS XHS

В большинстве случаев SIRIUS XHS имеет конфигурацию с четырьмя усилителями высокого (HV) и четырьмя усилителями низкого (LV) напряжения: 

  • SIRIUS XHS HV: Высокоизолированный аналоговый вход высокого напряжения CAT II 1000В. Этот усилитель может напрямую измерять пиковые напряжения от 20 В до 2000 В с полосой пропускания 5 Мгц и погрешностью 0,03%. Он идеально подходит для прямого подключения высоковольтных сигналов. На усилителях этого типа всегда используются изолированные безопасные разъёмы Banana (красный/черный).
  • SIRIUS XHS LV: Высокоизолированный аналоговый вход низкого напряжения. Этот усилитель может измерять напряжения в диапазоне от 0,05 В до 100 В с полосой пропускания 5 МГц и погрешностью 0,03% и может подавать напряжение возбуждения на отдельные датчики (для цепи возбуждения требуется разъем DSUB9). LV идеально подходит для прямого подключения низковольтных сигналов и преобразователей тока. Для этого усилителя доступны разъемы DSUB9 или BNC. Обратите внимание, что разъем DSUB9 также поддерживает технологии возбуждения датчиков и TEDS для автоматической настройки датчика. 

При использовании разъема DSUB9 этот усилитель также поддерживает адаптеры DSI, позволяющие подключать к каналам LV датчики других типов. В число адаптеров входят:

  • DSI-ACC для акселерометров IEPE и микрофонов;
  • DSI-CHG для акселерометров зарядного типа;
  • DSI-RTD для температурных датчиков RTD;
  • DSI-TH для термопар (J, K, T и т.д.);
  • DSI-LVDT для датчиков перемещения/расстояния LVDT.

При подключении адаптера DSI к LV-каналу Dewesoft X автоматически определяет подключенный адаптер и датчики, используя стандарт TEDS, а затем полностью настраивает конфигурацию каналов, включая тип входа, коэффициент усиления, диапазон измерения и масштабирование. Пользователь может настроить дополнительные параметры и сохранить их во встроенной базе данных датчиков.

Уровень собственных шумов, подавление синфазного сигнала, уход напряжения усиления и смещения обоих усилителей при более низкой полосе пропускания сравнимы со стандартной линейкой приборов SIRIUS DualCoreADC.

Описанные усилители идеально подходят для измерения параметров электромобилей, где высокоточный анализ мощности абсолютно необходимо.

Узнайте больше о Dewesoft и о том, как использовать технологию датчиков TEDS:

Онлайн-курсы Dewesoft PRO: измерение напряжения

Измерение напряжения с помощью систем сбора данных

Что представляет собой стандарт датчиков TEDS IEEE 1451.4

 

Анализатор мощности со встроенным БПФ-анализатором

Обычные анализаторы мощности для определения периода используют обнаружение нулевой точки. Это означает, что они определяют, когда напряжение или ток пересекают ось х, а затем используют это значение для расчета продолжительности периода. 

В отличие от них, Dewesoft использует для вычисления периода использует специальный алгоритм БПФ (быстрое преобразование Фурье).

На основе определенного заранее промежутка времени можно выполнить БПФ-анализ напряжения и тока для настраиваемого числа периодов (обычно 10, если базовая частота системы составляет 50 Гц) с возможностью выбора частоты дискретизации. БПФ-анализ определяет амплитуду напряжения, амплитуду тока и cosφ для каждой гармоники. 

The Dewesoft power module has a built-in FFT analyzer in addition to the other display typesВ дополнение к другим типам дисплеев модуль измерения мощности Dewesoft имеет встроенный БПФ-анализатор

Многофазные анализаторы мощности

В модуле для измерения мощности от Dewesoft X есть несколько заданных системных конфигураций на выбор. Наиболее распространенными являются:

  • постоянный ток; 
  • 1-фазная;
  • 2-фазная — используется для двигателей специальных типов; 
  • 3-фазная, звезда;
  • 3-фазная, треугольник;
  • конфигурации Арона и V-образная — то же, что звезда и треугольник, но с измерением двух токов, а не трех. Как правило, применяются с целью экономии пространства или сокращения расходов.

Измерения в специальных конфигурациях, таких как в 6-, 7-, 9- или 12-фазных электродвигателях, могут выполняться с помощью нескольких однофазных или трехфазных систем с последующим суммированием полученных значений мощности в библиотеке математических функций. Это означает, что мощность можно измерять в нескольких точках абсолютно синхронно. 

В библиотеке математических функций модули мощности можно донастроить — например, чтобы эффективность вычислялась автоматически. Это касается и измерений многофазных двигателей (6–12 фаз).

The Dewesoft power module can be configured for 1, 2 and 3-phase systems. These can be combined to create 6, 7. 9 or even 12-phase systemsМодуль измерения мощности Dewesoft можно настроить для 1-, 2- и 3-фазных систем; также можно объединить несколько модулей, создавая 6-, 7-, 9- или даже 12-фазные системы

Для измерения просто выберите одну или несколько систем из этого списка:

  • 1-фазная; 
  • 2-фазная;
  • 3-фазная, звезда;
  • 3-фазная, треугольник;
  • 3-фазная, Арон;
  • 3-фазная, V;
  • 3 фазы, 2 измерителя.

Кроме того, доступно множество других вариантов, включая частоту сети питания, выходные единицы, источник частоты (канал, по которому определяется точная частота), фазу и многое другое.

Благодаря модульной конструкции устройств Dewesoft измерения никогда не будут ограничиваться только значениями мощности. К системам сбора данных Dewesoft DAQ можно подключать практически любой из существующих в мире датчиков — вы можете одновременно измерять температуру, силу, вибрацию, скорость поступательного движения и вращения и крутящий момент, собирать аудио-, видео- и GPS-сигналы и т.д.

Dewesoft power analyzer schematic

Схема подключения анализатора мощности Dewesoft для испытаний инверторов и электродвигателей

Инженеры, проводящие испытания электромобилей или гибридов, могут также измерять скорость автомобиля, температуру аккумулятора, данные о шинах CAN, положение по GPS и даже отмечать точное местоположение автомобиля на испытательном полигоне. 

Вместо использования двух, трех или более различных измерительных приборов, Dewesoft предлагает всего один, способный регистрировать все необходимые измерения. Из этого следует несколько ключевых преимуществ:

  • После измерения нет необходимости вручную объединять данные.
  • Данные полностью синхронизированы до одной выборки.
  • Все данные можно просмотреть на одном дисплее и записать в единый файл.
  • Настройка и использование только одной системы и программного обеспечения DAQ позволяют сэкономить много времени на подготовке к испытанию.

Презентация анализатора мощности Dewesoft на выставке Battery Show Expo в прямом эфире

База данных датчиков повышает точность измерения тока и напряжения

Следует отметить, что каждый усилитель или измерительный преобразователь тока и напряжения имеет некоторую погрешность или нелинейность. В анализаторе мощности Dewesoft эти ошибки могут быть учтены заранее и записаны в базу данных датчиков в формате XML. ПО Dewesoft X применяет поправочные коэффициенты в реальном времени, что повышает точность показаний и результатов.

Dewesoft X analog sensor database

База данных аналоговых датчиков

Встроенная база данных датчиков также исключает ошибки, вызванные неточностями при ручном вводе данных. Выбор измерительного преобразователя из списка вместо ввода параметров вручную не только экономит время, но и исключает опечатки, которые могут привести к некорректной настройке конфигурации.

Внутри базы данных датчика масштабирование может быть организовано с помощью формул вида y=mx+b, таблиц поиска, многочленов и даже переноса кривых. Для большинства датчиков это необходимо сделать всего один раз. Можно в любое время добавлять, редактировать и удалять датчики, а также обновлять информацию о калибровке, включая дату следующей калибровки и другие параметры.

Единицы базы данных датчиков основаны на семи единицах системы СИ — «‎определяющих констант»‎:

  • длина — метр (м);
  • время — секунда (с);
  • количество вещества — моль;
  • сила электрического тока — ампер (А);
  • температура — кельвин (К);
  • сила света — кандела (кд);
  • масса — килограмм (кг).

И хотя в основе всех единиц лежат метрические, например м/с², пользователь может выбрать и другие единицы, например G или g в данном случае. Это делает единицы измерения удобными для пользователей по всему миру. 

ПО Dewesoft также содержит базы данных датчиков для счетчиков, энкодеров и ДУП.

Узнайте больше о Dewesoft и о том, как использовать технологию датчиков TEDS:

Руководство по базе данных датчиков Dewesoft X

Онлайн-курс Dewesoft PRO по БД аналоговых и цифровых датчиков

Что представляет собой стандарт датчиков TEDS IEEE 1451.4

Измерение тока с помощью Dewesoft X

Измерения тока обычно подразделяются на две основные группы:

  • прямые; 
  • косвенные. 

«‎Прямые»‎ измерения подразумевают разъединение проводника, после которого датчик последовательно включается в цепь. Этот метод не требует создания дополнительных цепей. 

Наиболее распространенным устройством измерения постоянного тока является шунтирующий резистор, который включается в цепь последовательно. Шунтирующий резистор имеет очень низкое сопротивление, очень точно определенное изготовителем. Шунтирующий резистор работает по следующему принципу: при прохождении тока через этот резистор происходит незначительное падение напряжения, которое можно измерить и преобразовать в ток, используя закон Ома.

Typical shunt current measurement hook-up

Стандартное подключение измерительного токового шунта

Мы можем измерить падение напряжения и применить закон Ома для вычисления тока.

Graphical representation of Ohm’s Law
Графическое представление закона Ома

Также важным фактором является погрешность резистора, поскольку она напрямую влияет на точность измерения.

Dewesoft DSIi-10A current shunt adapter

Адаптер для токового шунта Dewesoft DSIi-10A

Компания Dewesoft разработала несколько компактных токовых шунтов, каждый из которых содержит различные нагрузочные резисторы, предназначенные для измерения различных диапазонов тока. Эти шунты сконструированы таким образом, что они оказывают наименьшее возможное воздействие на саму цепь. 

Адаптеры DSI подключаются практически ко всем устройствам получения данных Dewesoft. Изолированные аналоговые входы усилителей Dewesoft играют ключевую роль в обеспечении точных измерений: чрезвычайно важно изолировать цепь и измерительной систему, поскольку шунт напрямую подключен к измеряемой цепи. Изолированные входы позволяют разместить шунт на низкой или высокой стороне цепи и не беспокоиться о контурах заземления или ошибках измерения синфазного сигнала.

Учитывая закон Ома и взаимозависимость между напряжением, током и сопротивлением, становится очевидно, что для точного измерения тока система DAQ должна провести очень точные измерения напряжения и сопротивления.

При «‎косвенном»‎ измерении датчик тока напрямую не соприкасается с цепью. Вместо этого он измеряет магнитное поле, которое индуцируется при прохождении тока через проводник, а затем преобразует его в значение тока (электрические заряды создают электрические поля).

Преимуществом косвенного метода измерения тока является гальваническая изоляция датчика от проводника, а также факт, что саму цепь не нужно разрушать или разъединять. Также этот метод позволяет измерять очень высокие токи.

Dewesoft поддерживает почти все измерительные преобразователи, доступные сегодня на рынке. Некоторые преобразователи тока могут получать энергию непосредственно от измерительного устройства, а некоторым требуется внешний блок питания, поскольку необходимая для них мощность возбуждения не может быть обеспечена измерительным устройством. 

Для таких случаев компания Dewesoft разработала блок SIRIUS PWR-MCTS2, позволяющий подавать энергию на преобразователи тока непосредственно от приборов Dewesoft. SIRIUS PWR-MCTS2 доступен в совместимом с SIRIUS или SIRIUS XHS модульном шасси или на стоечном шасси в составе систем SIRIUS, R2DB, R3, R4 или R8.

SIRIUS R8 с множеством измерительных слайсов, включая совместимые со стоечным исполнением блоки SIRIUS-PWR-MCTS2, и модульное шасси SIRIUS-PWR-MCTS2 и SIRIUS 4xHV 4XLV

Узнайте больше о Dewesoft и о том, как использовать технологию датчиков TEDS:

Онлайн-курсы Dewesoft PRO: измерение тока

Как измерить ток с помощью датчиков тока

Что представляет собой стандарт датчиков TEDS IEEE 1451.4

 

SIRIUS XHS-PWR для испытания электромобилей и гибридов

Другим инновационным продуктом стала SIRIUS XHS-PWR — новая версия классической системы сбора данных SIRIUS, специально созданная для испытания электромобилей и гибридов. Он оснащен запатентованной технологией преобразователя постоянного тока DC-CT, позволяющей проводить очень точные измерения даже в таких сложных случаях, как измерение высоких пиковых значений тока или обнаружение тока утечки.

The SIRIUS XHS-PWR with integrated DC-CT current transducerSIRIUS XHS-PWR с интегрированным измерительным преобразователем тока DC-CT

Новый прибор идеально подходит для измерения параметров электромобилей, где высокоточный анализ мощности абсолютно необходим. Преобразователь тока использует запатентованную технологию DC-CT® основанную на технологии Platiše Flux Sensor. Преобразователь, размещенный в очень компактном шасси, имеет диапазон 100 А, 500 А или 1000 А, полосу пропускания 1 Мгц, устойчивость к внешним магнитным полям, низкие смещения и отличную линейность.

Typical in-vehicle power test, showing additional inputs like CAN bus, video camera, and real-time GPS position superimposed over a mapСтандартное испытание мощности, проводимое непосредственно на транспортном средстве, со сбором дополнительных сигналов (шина CAN, видеокамера и положение GPS на карте)

Усилители позволяют напрямую измерить напряжение до 2000 В (CAT II 1000 В) в полосе пропускания до 5 МГц.

The SIRIUS XHS-PWR data acquisition system with integrated dc-ct tranducer for electric vehicle testingSIRIUS XHS-PWR

Этот прибор имеет два входа:

  • один HV (высоковольтный) и
  • один HA (сильноточный) с измерительным преобразователем тока DC-CT.

Эти входы подключаются непосредственно к электросети автомобиля, что делает тестирование электромобиля более удобным, а также увеличивает полосу пропускания и точность. SIRIUS XHS имеет класс защиты IP67 — вы сможете проводить измерения без сбоев даже в самых суровых условиях.

Таблица сравнения преобразователя DC-CT с другими типами датчиков:

 

Тип

Изол.

Диап.

Полоса пропуск.

Линейн.

Погр-сть

Темп. дрейф

Потребл.

DC-CT

Пост./пер. токи

Да

Выс.

Выс.

Превосх.

Очень выс.

Низк.

Средн.

Магнитометр

Пост./пер. токи

Да

Выс.

Выс.

Превосх.

Превосх.

Низк.

Выс.

Датчик Холла

Пост./пер. токи

Да

Выс.

Средн.

Средн.

Средн.

Выс.

Низк./средн.

Шунт

Пост./пер. токи

Нет

Средн.

Средн.

Хор.

Выс.

Средн.

Выс.

Пояс Роговского

Пер. ток

Да

Выс.

Выс.

Хор.

Средн.

Низк.

Низк.

CT

Пер. ток

Да

Выс.

Средн.

Средн.

Средн.

Низк.

Низк.

Совместимые трансформаторы тока 

В таблице ниже дается краткий обзор имеющихся преобразователей тока и их характеристик, а также наиболее подходящих для них случаев применения. 

Обзор измерительных преобразователей тока и областей их применения

Overview of current transducers and their application areas

Уменьшите масштаб браузера, чтобы увидеть таблицу целиком.

Свойства

Применение

Тип

Пер. ток

Пост. ток

Диап.

Погр-сть

Полоса пропуск.

Преиму-
щества

Недос-
татки

Анали-затор мощн.

Электро-мобили

Мони-торинг энерго-сетей

Ферромаг-
нитные токовые клещи

ДА

НЕТ

5 кА

0,5–4 %

10 кГц

Дешевый

Тяжелые
Жесткие
Узкая полоса пропуск.

НЕТ

НЕТ

ДА

Дешевый пояс Роговского

ДА

НЕТ

5 кА

1 %

20 кГц

Защи-щенный
Гибкий
Линейный
Устойчив к ЭМП
Устойчив к перегр.

Отсутствие измерения пост. тока
Высокая погр. по местопол-ю

НЕТ

НЕТ

ДА

Хороший пояс Роговского

ДА

НЕТ

5 кА

0,3 %

До 20 МГц

Защи-щенный
Гибкий
Линейный
Устойчив к ЭМП
Устойчив к перегр.

Отсутствие измерения пост. тока
Высокая погр. по местопол-ю

ЧАСТ.

ЧАСТ.

ДА

Токовые клещи пер. и пост. токов с эффектом Холла

ДА

ДА

300 А

1,5 %

100 кГц

Измерения пер. и пост. токов
Высокая точность
Широкая полоса пропуск.
Токовые клещи можно разомкнуть и снять с проводника

Узкий диапазон измерения

ДА

ДА

ДА

Магнито-метрические токовые клещи переменного и постоянного токов

ДА

ДА

700 А

0,3 %

500 кГц

Измерения пер. и пост. токов
Высокая точность
Широкая полоса пропуск.
Токовые клещи можно разомкнуть и снять с проводника

Нуждаются во внешнем питании

ДА

ДА

ДА

Преобра-зователь тока нулевого потока

ДА

ДА

2000 А

0,002 %

До 300 кГц

Измерения пер./пост. токов
Высокая точность
Широкая полоса пропуск.
Малая фазовая погрешн.
Малое смещение

Невозм. разомкнуть
Нуждается во внешнем питании

ДА

ДА

ДА

 

Dewesoft разрабатывает известное во всем мире оборудование для проведения измерений и сбора данных для широкого спектра применений. Основное внимание анализу мощности и качеству энергии уделяется еще с начала 2000-х годов. 

Тогда мы еще не знали, что привычные автомобили с ДВС будут так быстро перевоплощаться в электромобили. И это всего лишь один случай из многих, где необходимо использование портативных, высокопроизводительных анализаторов мощности.

Дополнительная информация

Продукты и решения

  • Решения Dewesoft для измерения мощности и электроэнергии
  • Больше об анализаторах мощности Dewesoft
  • Больше об анализаторах качества электроэнергии Dewesoft
  • Больше об испытаниях электромобилей
  • Больше об анализаторе мощности SIRIUS XHS

Статьи и база знаний

Примеры из практики и описания применения

  • Испытание потребления энергии электрического мотоцикла
  • Тестирование экономайзера —действительно ли гармонические фильтры способствуют экономии энергии?
  • Анализ расхода энергии электромобиля при помощи анализатора мощности
  • Испытание светодиодов — анализ эффективности и качества электроэнергии
  • Вопросы по испытаниям инверторов мощности и клемм электродвигателей
  • Испытания бытовых электроприборов
  • Измерения параметров электрической силовой установки судна на подводных крыльях
  • Анализ мощности гибридных катеров