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ゆりなみやのじょう
5 years ago
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1 E-3 パワーアナライザによる電測定の基礎と応宮崎強

2 パワーアナライザのアプリケーション電力変換発電インバータモーター駆動回路電動推進力無停電電源 (UPS) 周波数変換電気自動車 / ハイブリッド自動車高効率照明民生機器 / 事務機器産業機器医療機器待機電力 2

3 AC 理論の基礎 RMS(Root Mean Square Value) 実効値抵抗 R に流れる電流 I による発熱効果は 3

4 AC 理論の基礎抵抗 R に流れる電流 In による発熱効果の平均値 ( 電力 ) は平均発熱効果を発生させる電流と等価の電流 I は = 電流の二乗平均平方根 = 電流の実効値 4

5 AC 理論の基礎平均値平均値 = 半サイクルで囲まれた領域半サイクルの時間長全波整流した波形の平均値を計算し実効値 =1.11 平均値の関係を使用しているマルチメータでは純粋な正弦波以外では正しい読値を得られない正弦波の波形率 = π/(2 2 )

6 AC 理論の基礎有効電力 (W) と皮相電力 (VA) Real Power と Apparent Power 抵抗負荷の場合の電力 6

7 AC 理論の基礎有効電力 (W) と皮相電力 (VA) Real Power と Apparent Power 電圧と電流の位相差によるパワーロス誘導性負荷を含む場合の電力皮相電力 = VRMS IRMS 7

8 AC 理論の基礎力率位相シフトあり 8 力率 = 有効電力皮相電力電流電圧が正弦波の場合は ( 正弦波以外では cosθ にならない )

9 AC 理論の基礎クレストファクタクレストファクタ = ピーク値実効値 9

10 三相交流システム三相システムのスター結線 (Y 結線 ) 120 度シフトした 3 つの単相システムスター結線 10

11 三相交流システム三相システムのデルタ結線 120 度シフトした 3 つの単相システムデルタ結線相間電圧 = 3 相電圧 ( 三相のバランスがとれている場合 ) 11

12 パワーアナライザによる単相システムの測定単相 2 線接続の測定単相 3 線接続の測定 2 チャンネルで測定システムのセンタータップ 12

13 パワーアナライザによる三相システムの測定三相 3 線接続の測定 2 チャンネルで測定三相 Y システムを 2 チャンネルで測定する原理 13

14 パワーアナライザによる三相システムの測定三相 3 線接続を仮想中性点を使用して 3 チャンネルで測定各相の電力と相電圧 ( 中性点から各相への電圧 ) を直接測定できる三相 4 線接続 3 チャンネルで測定線数が N の場合 (N-1) チャンネルのパワーアナラーザが必要 14

15 パワーエレクトロニクスの評価ソリューション Tektronix PA4000 型パワーアナライザ Tektronix オシロスコープとパワープローブ Input Filter Switch Transformer Rectifier & Filter V I N V OUT PWM Control Circuit Feedback Tektronix MDO4000 Keithley パラメトリックカーブトレーサソースメータ /SMU 15

16 パワーアナライザによる解析入力電圧および電流入力ラインハーモニックスフリッカ有効電力無効電力力率出力三相電圧および電流変換効率有効電力無効電力力率位相角 Input Filter Switch Transformer Rectifier & Filter V I N V OUT PWM Feedback Control Circuit 高確度測定規制規格へのコンプライアンス試験あるいはプリコンプライアンス試験効率 ( 省エネルギーラベリング制度 ) 待機電流 (IEC63201) 高調波 (IEC61000) 16

17 パワーアナライザ PA4000 型による電力測定システム性能と特性評価高確度パワー測定電圧電流皮相電力無効電力有効電力力率位相角高調波積算電力など三相システム単相システムあるいは DC 電力変換効率例 : DC-DC コンバータの変換効率測定 MATH の数式設定例 : (CH1:W/CH2:W)*100 高調波およびフリッカ規制規格へのプリコンプライアンステスト (IEC61000, IEC63201, 他 ) 17

起動直後は整流負荷状態のため大きなピーク電流が流れる軽負荷時の PWM モータドライブ波形ではクレストファクタが高くなる高い測定確度 : 基本測定確度 0.

18 PA4000 型の特長妥協のない高い測定確度業界初のスパイラルシャント技術 (Spiral Shunt )( 特許申請中 ) 広範な電流レベル周波数環境温度に対して安定した測定を実現クレストファクタ 10でも高い測定確度コンデンサインプット機器では大きなピーク電流が流れる力率改善回路付きであっても起動直後は整流負荷状態のため大きなピーク電流が流れる軽負荷時の PWM モータドライブ波形ではクレストファクタが高くなる高い測定確度 : 基本測定確度 0.04% 周波数帯域 1MHz ノイズや変動のある被測定信号に対しても安定した周波数トラッキング現実回路の高クレストファクタ信号ノイズの大きい信号でも高い測定確度 18

高確度の外部電流トランスデューサ ( オプション ) にてより大電流に対応 1000A

19 µw から kw クラスの測定機能を標準装備! 最大測定電圧 : 1000 V RMS 2000V peak 2 つの内蔵スパイラル電流シャントを標準装備 30 A RMS シャントにより 30A RMS 200 A peak まで対応 1A RMS シャントにより微小電流向け高分解能に対応高確度の外部電流トランスデューサ ( オプション ) にてより大電流に対応 1000A 対応の高確度 CT(CT-S シリーズ ) 装着が容易なクランプタイプの CL シリーズ 1 台で様々な被測定回路に対応高速オートレンジ変化する信号に対して測定データの欠落なく高速追従 19

20 アプリケーションに応じた最適のテストモード PWM モータ駆動テストモード待機電流テストモード電子バラストテストモード積分モード PWM モータ駆動波形 20

21 三相 3 線接続による PWM モータドライブシステム測定例 2 チャンネルで三相システムを測定自動的に三相合計の値も計算して表示内蔵スパイラルシャントにより PWM ドライブの入力電流を高確度測定クレストファクタ 10 の波形でも自動的に波形クリップを防止高調波測定により PWM 制御の良し悪しを評価 21

22 波形歪みの測定波形歪みの測定 Athd( 全高調波測定 ) の定義とAdf( 歪率測定 ) の定義の違い全高調波歪測定歪率測定 Athd は指定した次数までの高調波歪み測定 Distortion メニューの Range 設定で次数を指定ホワイトノイズや高調波以外の周波数成分は含まない Vdf は基本波および高調波成分以外のスペクトラムやホワイトノイズも含む PA4000 型はどちらの測定もできる 22

23 外部通信インタフェースと解析 / データ収集ソフトウェア USB Ethernet および RS-232 を標準装備 (GPIB はオプション ) 全面パネルの USB ポートにより測定データを USB メモリにロギング測定データの外部 PC へのダウンロードテスト / 解析とレポート作成用 PC ソフトウェア PWRVIEW 各種通信インタフェースに対応 PWRVIEW の使用例 23

基本性能 PA4000 1CH PA4000 2CH PA4000 3CH PA4000 4CH 入力チャンネル数 1 2 3 4 電圧入力レンジ最大 1000 V rms, 2000 V peak 電圧基本確度 0.04% 電流入力レンジ 2.5m Apeak ~ 200Apeak (30 A rms 以下 2 種類の内蔵シャント標準装備 ) 電流基本確度 0.

24 基本性能 PA4000 1CH PA4000 2CH PA4000 3CH PA4000 4CH 入力チャンネル数電圧入力レンジ最大 1000 V rms, 2000 V peak 電圧基本確度 0.04% 電流入力レンジ 2.5m Apeak ~ 200Apeak (30 A rms 以下 2 種類の内蔵シャント標準装備 ) 電流基本確度 0.04% 測定項目 V rms, I rms, VA, VAR, W, PF, Freq, Whr, VAhr, THD, TIF, 他測定周波数帯域 DC - 1 MHz 自動設定モード PWM モータドライブ, 電子バラスト照明, 待機電流, エネルギー積分外部インタフェース USB, LAN, RS-232 ( オプションでGPIB) 外部 PCソフトウェア遠隔制御およびデータ取り込み用ソフトウェア PWRVIEW 無償保証期間 3 年予定価格 1,080,000 \1,380,000 \1,680,000 \1,980,000 ISO9001に準拠し National Metrology Institute(s) にトレースした校正証明書は標準添付測定確度保持のために 1 年毎の校正を推奨 24

25 基本構成 1. 入力チャンネル数または 4ch を指定 2. GPIB の有無を指定 3. 外部電流トランスデューサ用電源 (±15V) の有無を指定ご購入後のチャンネルの増設は PA4000 をお預かりして工場 / サービスにて可能 25

26 推奨オプションアクセサリ電流トランスデューサ 30A rms 以上の測定向け CT-S シリーズ高確度測定用途向け (~0.05%) AC / DC Fixed-core, 15V 電源オプションが必要 (CT-1000-S は外部電源が必要 ) CT-M シリーズ汎用用途向け ( 測定確度 : ~0.5%) AC / DC, ローコスト Fixed-core, 15V 電源オプションが必要 CL シリーズクランプタイプのため回路への装着が容易 AC のみ 15V 電源オプションは不要 26

27 電流トランスデューサ型名 CT-60-S CT-200-S CT-400-S 基本性能 60Apeak 42Arms 高確度電流トランスデューサ 200Apeak 141Arms 高確度電流トランスデューサ 400Apeak 282Arms 高確度電流トランスデューサ CT-1000-S 1000Apeak 707Arms 高確度電流トランスデューサ型名 CT-100-M CT-200-M CT-500-M CT-1000-M 基本性能 100Arms 200Apeak 電流トランスデューサ 200Arms 420Apeak 電流トランスデューサ 500Arms 800Apeak 電流トランスデューサ 1000Arms 1500Apeak 電流トランスデューサ CL200 CL1200 型名 0.5A ~ 200A 電流クランプ 0.1A ~ 1200A 電流クランプ基本性能 27

28 パワーコンディショナの効率測定 DPO/MSO5000 パワーコンディショナ昇圧コンバータインバータ DC DC AC ソーラーパネル PWM 電力系統 28 パワーアナライザ PA4000-4CH 型

29 モータドライブシステムの効率測定 ( 内蔵シャント使用 ) PA4000-4CH 型 29

30 三相入力 / 三相出力インバータの効率測定 (CT 使用 ) 30

31 参考 :LED 照明の電力測定 LED 照明 AC 電源 AC/DC コンバータ LED 照度計 PA4000-2CH 型 31

32 PA4000 シリーズパワーアナライザの特長 Spiral Shunt 技術により妥協のない測定確度で高 CF 波形も測定クレストファクタ 10 でも測定確度を保証 µw から kw まで標準で広い測定レンジをサポート高調波測定およびモーター解析機能は標準装備回転速度トルクメータ用パルスカウンタアナログ入力も標準装備広範な測定項目をサポート LAN USB および RS-232 インタフェース USB メモリへのロギング PWRVIEW ソフトウェアは標準装備 1 台で多目的に使用可能! 32

RMS(Root Mean Square value 実効値 ) 実効値は AC の電圧と電流両方の値を規定する最も一般的で便利な値です AC 波形の実効値はその波形から得られるパワーのレベルを示すものであり AC 信号の最も重要な属性となります実効値の計算は AC の電流波形とそれによって

RMS(Root Mean Square value 実効値 ) 実効値は AC の電圧と電流両方の値を規定する最も一般的で便利な値です AC 波形の実効値はその波形から得られるパワーのレベルを示すものであり AC 信号の最も重要な属性となります実効値の計算は AC の電流波形とそれによって入門書最近の数多くの AC 電源アプリケーションに伴う複雑な電流 / 電圧波形のためさまざまな測定上の課題が発生していますこのような問題に対処する場合基本的な測定使用される用語それらの関係について理解することが重要になりますこのアプリケーションノートではパワー測定の基本的な考え方やパワー測定において重要な以下の用語の明確に定義します RMS(Root Mean Square value