功率分析仪PW8001双电机系统性能评估

单台设备可对8道进行高精度、宽频带的功率测量

近年来，过去以汽油发动机为主的汽车、摩托车等交通工具都在积极向电气化发展。此外，利用可再生能源发电的新技术的开发和推广也在全球范围内不断推进。为实现脱碳社会而进行的这些开发和努力，预计在未来将进一步加速。电动汽车以及再生能源发电领域的电机和逆变器的开发是不放过哪怕不足0.01%功率转换效率的改善，不断进行迭代升级的过程。如果不能准确测量这些微小的功率变化，就无法确认功能改进的效果，因此需要极高精度的功率测量。HIOKI日置功率分析仪PW8001具有高采样性能和抗噪能力，可准确捕捉SiC功率半导体高速开关引起的功率波动。它具有高水准的测量精度，能够准确评估功率转换效率。此外，在“双电机系统”作为电动汽车驱动系统备受瞩目的开发现场，1台测量仪即可对8通道进行功率测量的PW8001大幅降低了日趋多系统化设备的测量工时。

大功率装置/设备不可或缺的功率分析仪
在电动汽车和可再生能源发电领域，为了尽可能有效地利用能源，有必要消除哪怕是最微小的能量损耗，并尽可能提高能量转换效率。为了评估这些损耗和效率，功率的测量至关重要。这就需要功率分析仪。
功率分析仪是测量电机和逆变器等电气设备所用功率的测量仪器。与普通功率计不同，它可以高速、高精度地同时采集电流、电压、扭矩和转速等各种参数，并对功率损耗、功率转换效率、电机特性、设备响应性能和频率分析进行评估。在电动汽车和可再生能源发电的开发中，是不可或缺的测量工具。
功率分析仪的性能要求
传统的功率分析仪通常会面临以下问题。
对测量精度和再现性的严格要求
在注重改善效率和损耗的电机及逆变器开发中，为了在短时间内开发出比传统产品更优秀的产品，会不断积累微小的性能改善进行迭代升级。例如，在电动汽车的驱动电机中，100kW级别的电机性能就是以几万特为单位逐步提升的。这是一系列非常微小改进的累积。如果不能以良好的再现性，准确测量这些微小的性能改善，就无法确定这些数值变化是改进的结果还是偶然出现的。随着功能的改进，对测量仪器的测量精度和测量再现性的要求也越来越严格。

支持更高的频率、更高的电压和抗噪能力
在电动汽车和可再生能源发电这样的大功率装置的控制中，支持高压，高速开关的功率半导体一直以来都被广泛应用。近年来，正在急速推进向SiC和GaN等新一代的功率半导体的更换，逐步迈向更高的电压及更高速的开关频率。更高的电压需要能够安全测量的测量仪器。随着开关频率的提高，测量频率也随之提高，因此需要在更宽的频带内进行测量。更高的频率也意味着需要加强抗噪能力。
支持多系统
在电动汽车的双电机系统和智能住宅的电力调度系统中，为了有效利用能源，多系统化正在不断推进。例如，在电动汽车的驱动系统--双电机系统的性能评估中，前后电机的联动至关重要。必须同时测量前后电机的功率以及与每个电机配套的逆变器的输入及输出功率。
为了进行这些测量，需要为每个测量点配备相应的测量通道。但是，如果一台测量仪器的通道数量达不到要求，就需要多台测量仪器，这样就很难同步测量数据的更新时间。这不仅降低了效率及损耗的测量稳定性，还会导致测量时间和数据整合工时的增加。

一台解决所有问题
PW8001 解决了传统测量仪器面临的所有问题。
世界一流的测量精度
要准确评估功率的微小变化，必须准确测量从DC到高频的每个频带的功率。此时，测量仪器的测量精度就成为了关键点。PW8001具有世界上最高的功率测量精度，基本精度为±0.03%，DC精度为±0.05%，50 kHz精度为0.2%。在50Hz/60Hz或、DC50kHz等广泛的频率范围内都具有优秀的测量精度，可以准确评估功率转换效率。

高采样性能和高抗噪能力

为了高精度地测量新一代功率半导体的高速开关，测量仪器必须具备高采样性能和高抗噪声能力。PW8001具有出色的采样性能，采样频率为15 MHz，采样分辨率为18bit。此外，它还具有110dB/100kHz的高抗噪性能，即使在测量高频且噪声较多的对象时，也能以良好的再现性测量功率。

自动补偿电流传感器的相位特性

在大功率设备的功率测量中，电流传感器的性能也同样至关重要。电流传感器的性能极大影响着功率测量的精度及作业效率。对于确保测量结果的再现性来说也十分必要。HIOKI日置研发生产的设备不仅仅有功率分析仪，还有电流传感器。将HIOKI日置功率分析仪和电流传感器搭配使用，可以发挥最佳的设备性能。

此外，功率分析仪还搭载了自动补偿从前需要给每个电流传感器输入补偿值的相位误差。即使是同型号的细微个体差，也能自动补偿。这就避免了忘记补偿的情况，减少了测量准备所需的工时，并提高了测量精度和再现性。

符合DC1500VCATⅡ / DC1000VCATⅢ标准

PW8001 符合1500 V DC CAT II/ 1000 V DC CAT III 标准，可直接输入高电压进行安全测量。对今后将持续高压化的电动汽车及可再生能源发电用的各种装置设备的测量来说也足以对应。

1台即可测量8个通道

PW80011台即可进行8通道的功率测量。例如，在电动汽车的双电机系统中，可以同时测量两个电机功率（2系统的扭矩和编码器输出）。使得双电机系统的性能能够高效率和高再现性地进行测量。PW8001可以仅用一台设备满足多系统化的新一代电机和逆变器的测量需求。

实际测量示例
使用功率分析仪 PW8001-11（带电机分析功能）和电流传感器，我们测量了前后两台电机的功率以及与每台电机配套的逆变器的输入输出功率，并确定各自的功率效率和损耗。

满足未来需求的功率分析仪
使用车轮内装电机技术的4电机驱动系统预计将成为实现未来电动汽车技术的关键。PW8001配备了四电机分析模式，可从扭矩计和转速计输入信号，同时分析四台电机。它能够对控制每个车轮的系统进行评估。除了支持高精度、高电压和高频率之外，我们还在不断增加和改进功能，以解决客户的问题。
例如，为了应对测量对象的进一步多系统化，可以通过光缆连接两台PW8001实现将两台的测量值集中到一台设备上的功能(*1)。这样就能同时分析多达 16 个通道的功率，并在一台设备上显示和记录效率和损耗数据。针对汽车行业，PW8001还具备将测量数据作为CAN/CAN FD信号输出的功能。(*1) 这样就能对车辆相关的所有数据进行全面评估，不仅包括电压、电流、效率和损耗，还包括来自不同 ECU（如电池和电机）的数据，而且不会出现时间差。

*1：PW80012.00 版将支持此功能。

不仅是汽车和摩托车，越来越多的建筑机械、轮船甚至飞机等载人和载货工具也开始采用电力驱动。随着我们迈向脱碳化社会，可再生能源发电也随着我们迈向脱碳化社会的步伐逐渐普及，发电效率逐年提高。 HIOKI日置将继续开发各种形式的产品，帮助各种用电设备高效利用能源。

审核编辑 黄宇