單臺(tái)設(shè)備可對(duì)8道進(jìn)行高精度、寬頻帶的功率測(cè)量

近年來，過去以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為主的汽車、摩托車等交通工具都在積極向電氣化發(fā)展。此外，利用可再生能源發(fā)電的新技術(shù)的開發(fā)和推廣也在全球范圍內(nèi)不斷推進(jìn)。為實(shí)現(xiàn)脫碳社會(huì)而進(jìn)行的這些開發(fā)和努力，預(yù)計(jì)在未來將進(jìn)一步加速。電動(dòng)汽車以及再生能源發(fā)電領(lǐng)域的電機(jī)和逆變器的開發(fā)是不放過哪怕不足0.01%功率轉(zhuǎn)換效率的改善，不斷進(jìn)行迭代升級(jí)的過程。如果不能準(zhǔn)確測(cè)量這些微小的功率變化，就無法確認(rèn)功能改進(jìn)的效果，因此需要極高精度的功率測(cè)量。HIOKI日置功率分析儀PW8001具有高采樣性能和抗噪能力，可準(zhǔn)確捕捉SiC功率半導(dǎo)體高速開關(guān)引起的功率波動(dòng)。它具有高水準(zhǔn)的測(cè)量精度，能夠準(zhǔn)確評(píng)估功率轉(zhuǎn)換效率。此外，在“雙電機(jī)系統(tǒng)”作為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)備受矚目的開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，1臺(tái)測(cè)量儀即可對(duì)8通道進(jìn)行功率測(cè)量的PW8001大幅降低了日趨多系統(tǒng)化設(shè)備的測(cè)量工時(shí)。

大功率裝置/設(shè)備不可或缺的功率分析儀
在電動(dòng)汽車和可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，為了盡可能有效地利用能源，有必要消除哪怕是最微小的能量損耗，并盡可能提高能量轉(zhuǎn)換效率。為了評(píng)估這些損耗和效率，功率的測(cè)量至關(guān)重要。這就需要功率分析儀。
功率分析儀是測(cè)量電機(jī)和逆變器等電氣設(shè)備所用功率的測(cè)量儀器。與普通功率計(jì)不同，它可以高速、高精度地同時(shí)采集電流、電壓、扭矩和轉(zhuǎn)速等各種參數(shù)，并對(duì)功率損耗、功率轉(zhuǎn)換效率、電機(jī)特性、設(shè)備響應(yīng)性能和頻率分析進(jìn)行評(píng)估。在電動(dòng)汽車和可再生能源發(fā)電的開發(fā)中，是不可或缺的測(cè)量工具。
功率分析儀的性能要求
傳統(tǒng)的功率分析儀通常會(huì)面臨以下問題。
對(duì)測(cè)量精度和再現(xiàn)性的嚴(yán)格要求
在注重改善效率和損耗的電機(jī)及逆變器開發(fā)中，為了在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出比傳統(tǒng)產(chǎn)品更優(yōu)秀的產(chǎn)品，會(huì)不斷積累微小的性能改善進(jìn)行迭代升級(jí)。例如，在電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，100kW級(jí)別的電機(jī)性能就是以幾萬特為單位逐步提升的。這是一系列非常微小改進(jìn)的累積。如果不能以良好的再現(xiàn)性，準(zhǔn)確測(cè)量這些微小的性能改善，就無法確定這些數(shù)值變化是改進(jìn)的結(jié)果還是偶然出現(xiàn)的。隨著功能的改進(jìn)，對(duì)測(cè)量儀器的測(cè)量精度和測(cè)量再現(xiàn)性的要求也越來越嚴(yán)格。

支持更高的頻率、更高的電壓和抗噪能力
在電動(dòng)汽車和可再生能源發(fā)電這樣的大功率裝置的控制中，支持高壓，高速開關(guān)的功率半導(dǎo)體一直以來都被廣泛應(yīng)用。近年來，正在急速推進(jìn)向SiC和GaN等新一代的功率半導(dǎo)體的更換，逐步邁向更高的電壓及更高速的開關(guān)頻率。更高的電壓需要能夠安全測(cè)量的測(cè)量儀器。隨著開關(guān)頻率的提高，測(cè)量頻率也隨之提高，因此需要在更寬的頻帶內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。更高的頻率也意味著需要加強(qiáng)抗噪能力。
支持多系統(tǒng)
在電動(dòng)汽車的雙電機(jī)系統(tǒng)和智能住宅的電力調(diào)度系統(tǒng)中，為了有效利用能源，多系統(tǒng)化正在不斷推進(jìn)。例如，在電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)--雙電機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)估中，前后電機(jī)的聯(lián)動(dòng)至關(guān)重要。必須同時(shí)測(cè)量前后電機(jī)的功率以及與每個(gè)電機(jī)配套的逆變器的輸入及輸出功率。
為了進(jìn)行這些測(cè)量，需要為每個(gè)測(cè)量點(diǎn)配備相應(yīng)的測(cè)量通道。但是，如果一臺(tái)測(cè)量儀器的通道數(shù)量達(dá)不到要求，就需要多臺(tái)測(cè)量儀器，這樣就很難同步測(cè)量數(shù)據(jù)的更新時(shí)間。這不僅降低了效率及損耗的測(cè)量穩(wěn)定性，還會(huì)導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間和數(shù)據(jù)整合工時(shí)的增加。

一臺(tái)解決所有問題
PW8001 解決了傳統(tǒng)測(cè)量儀器面臨的所有問題。
世界一流的測(cè)量精度
要準(zhǔn)確評(píng)估功率的微小變化，必須準(zhǔn)確測(cè)量從DC到高頻的每個(gè)頻帶的功率。此時(shí)，測(cè)量儀器的測(cè)量精度就成為了關(guān)鍵點(diǎn)。PW8001具有世界上最高的功率測(cè)量精度，基本精度為±0.03%，DC精度為±0.05%，50 kHz精度為0.2%。在50Hz/60Hz或、DC50kHz等廣泛的頻率范圍內(nèi)都具有優(yōu)秀的測(cè)量精度，可以準(zhǔn)確評(píng)估功率轉(zhuǎn)換效率。

高采樣性能和高抗噪能力

為了高精度地測(cè)量新一代功率半導(dǎo)體的高速開關(guān)，測(cè)量儀器必須具備高采樣性能和高抗噪聲能力。PW8001具有出色的采樣性能，采樣頻率為15 MHz，采樣分辨率為18bit。此外，它還具有110dB/100kHz的高抗噪性能，即使在測(cè)量高頻且噪聲較多的對(duì)象時(shí)，也能以良好的再現(xiàn)性測(cè)量功率。

自動(dòng)補(bǔ)償電流傳感器的相位特性

在大功率設(shè)備的功率測(cè)量中，電流傳感器的性能也同樣至關(guān)重要。電流傳感器的性能極大影響著功率測(cè)量的精度及作業(yè)效率。對(duì)于確保測(cè)量結(jié)果的再現(xiàn)性來說也十分必要。HIOKI日置研發(fā)生產(chǎn)的設(shè)備不僅僅有功率分析儀，還有電流傳感器。將HIOKI日置功率分析儀和電流傳感器搭配使用，可以發(fā)揮最佳的設(shè)備性能。

此外，功率分析儀還搭載了自動(dòng)補(bǔ)償從前需要給每個(gè)電流傳感器輸入補(bǔ)償值的相位誤差。即使是同型號(hào)的細(xì)微個(gè)體差，也能自動(dòng)補(bǔ)償。這就避免了忘記補(bǔ)償?shù)那闆r，減少了測(cè)量準(zhǔn)備所需的工時(shí)，并提高了測(cè)量精度和再現(xiàn)性。

符合DC1500VCATⅡ / DC1000VCATⅢ標(biāo)準(zhǔn)

PW8001 符合1500 V DC CAT II/ 1000 V DC CAT III 標(biāo)準(zhǔn)，可直接輸入高電壓進(jìn)行安全測(cè)量。對(duì)今后將持續(xù)高壓化的電動(dòng)汽車及可再生能源發(fā)電用的各種裝置設(shè)備的測(cè)量來說也足以對(duì)應(yīng)。

1臺(tái)即可測(cè)量8個(gè)通道

PW80011臺(tái)即可進(jìn)行8通道的功率測(cè)量。例如，在電動(dòng)汽車的雙電機(jī)系統(tǒng)中，可以同時(shí)測(cè)量兩個(gè)電機(jī)功率（2系統(tǒng)的扭矩和編碼器輸出）。使得雙電機(jī)系統(tǒng)的性能能夠高效率和高再現(xiàn)性地進(jìn)行測(cè)量。PW8001可以僅用一臺(tái)設(shè)備滿足多系統(tǒng)化的新一代電機(jī)和逆變器的測(cè)量需求。

實(shí)際測(cè)量示例
使用功率分析儀 PW8001-11（帶電機(jī)分析功能）和電流傳感器，我們測(cè)量了前后兩臺(tái)電機(jī)的功率以及與每臺(tái)電機(jī)配套的逆變器的輸入輸出功率，并確定各自的功率效率和損耗。

滿足未來需求的功率分析儀
使用車輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)的4電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)預(yù)計(jì)將成為實(shí)現(xiàn)未來電動(dòng)汽車技術(shù)的關(guān)鍵。PW8001配備了四電機(jī)分析模式，可從扭矩計(jì)和轉(zhuǎn)速計(jì)輸入信號(hào)，同時(shí)分析四臺(tái)電機(jī)。它能夠?qū)刂泼總€(gè)車輪的系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。除了支持高精度、高電壓和高頻率之外，我們還在不斷增加和改進(jìn)功能，以解決客戶的問題。
例如，為了應(yīng)對(duì)測(cè)量對(duì)象的進(jìn)一步多系統(tǒng)化，可以通過光纜連接兩臺(tái)PW8001實(shí)現(xiàn)將兩臺(tái)的測(cè)量值集中到一臺(tái)設(shè)備上的功能(*1)。這樣就能同時(shí)分析多達(dá) 16 個(gè)通道的功率，并在一臺(tái)設(shè)備上顯示和記錄效率和損耗數(shù)據(jù)。針對(duì)汽車行業(yè)，PW8001還具備將測(cè)量數(shù)據(jù)作為CAN/CAN FD信號(hào)輸出的功能。(*1) 這樣就能對(duì)車輛相關(guān)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行全面評(píng)估，不僅包括電壓、電流、效率和損耗，還包括來自不同 ECU（如電池和電機(jī)）的數(shù)據(jù)，而且不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間差。

*1：PW80012.00 版將支持此功能。

不僅是汽車和摩托車，越來越多的建筑機(jī)械、輪船甚至飛機(jī)等載人和載貨工具也開始采用電力驅(qū)動(dòng)。隨著我們邁向脫碳化社會(huì)，可再生能源發(fā)電也隨著我們邁向脫碳化社會(huì)的步伐逐漸普及，發(fā)電效率逐年提高。 HIOKI日置將繼續(xù)開發(fā)各種形式的產(chǎn)品，幫助各種用電設(shè)備高效利用能源。

審核編輯 黃宇