제품정보

인기검색어

  • L9438-50
  • 3545
  • 8450
  • 3554
  • 8001

제품정보

제품정보 > 파워 아날라이저 전력변환효율, 모터 평가가 가능한 파워 미터

SiC/GaN인버터 효율을 정확하게 측정하기 위해 필요한 전류 센서의 특성은? (PW8001,CT6904A)

  SiC/GaN인버터 효율을 정확하게 측정하기 위해 필요한 전류 센서의 특성은? (PW8001,CT6904A) [663.27 KB]

요약

자세한 내용은 첨부된 PDF파일을 참조하십시오.

 

에너지의 유효한 이용의 중요성이 높아지는 가운데, 파워 일렉트로닉스 기기로의 SiC 및 GaN의 이용이 가속화되고 있습니다. 이에 따라 SiC 및 GaN을 이용한 고효율 기기 개발에서는 전력 변환 효율의 성능 향상을 0.1% 단위로 정확하게 평가하는 것이 요구되고 있습니다.

어느 인버터의 출력 전력을 HIOKI 전류 센서와 A사의 전류 센서로 측정해 비교했더니 스위칭 주파수에 비례해 측정값의 괴리가 커져 최대 10% 이상 차이가 났습니다.

0.1%의 정밀도가 요구되는 가운데 왜 이런 큰 차이가 발생했을까요? 어느 쪽의 측정 결과를 믿으면 될까요?

이 어플리케이션 노트에서는 실측한 측정 결과의 고찰과, 인버터 효율 측정에 있어서 전류 센서를 선정하는 포인트를 소개합니다.

 

 

과제

인버터의 출력 전력에는 모터를 구동하는 기본 주파수 성분과 그 고조파(파란색 부분)와, 인버터의 스위칭 주파수와 그 고조파(빨간색 부분)가 포함되어 있습니다. 기본파와 그 고조파 성분은 수 kHz 정도의 저주파 대역이기 때문에 기존의 파워 아날라이저와 전류 센서라면 비교적 정확하게 측정할 수 있습니다.

하지만 스위칭 주파수와 그 고조파 성분은 수십 kHz~수 MHz의 고주파대이고 저력률이 되기 때문에, 광대역에다가 위상까지 고정밀도로 측정할 수 있는 파워 아날라이저와 전류 센서가 필요합니다. 스위칭 주파수와 그 고조파 성분으로 구성되는 고주파 전력을 정확하게 측정할 수 없는 경우, 측정값의 편차나 효율 100% 초과, 손실의 이론값과의 큰 괴리와 같은 문제가 발생합니다.

 

 

고주파 측정에서의 포인트

 

모터의 등가회로

모터의 등가회로는 저항과 인덕터로 구성됩니다. 고주파(수십 kHz 이상)에서는 인덕터 성분에 의한 임피던스가 지배적이 되어 저역률이 됩니다. 따라서 인버터의 캐리어 주파수도 포함해 정확하게 측정할 수 있는 광대역 측정기가 필요합니다.

 

 

 

저역률 측정의 특징

저역률 측정에서는 전압 전류 위상차가 90° 가까이 되어 위상의 미세한 어긋남이 큰 측정 오차가 됩니다.

위상 오차가 큰 측정기를 사용한 경우는 위상이 90°를 넘어버리는 경우도 있어 전력 오차에 주는 영향이 커집니다.

 

 

인버터 출력 전력의 측정 비교

파워 아날라이저 본체로 하이엔드 모델인 PW8001을 사용해 위상 특성이 뛰어난 전류 센서CT6904A과,  A사의 전류 출력 타입의 전류 센서(1000 A 정격, ～300 kHz 대역)를 사용해 비교했습니다. 결선을 포함한 측정조건은 동일합니다. 위상 특성 차이가 고주파 전력 측정에 어떠한 영향을 주는지 확인해 보겠습니다.


 

전류 센서의 특성 차이에 따른 유효전력의 측정 이미지

 

인버터 출력의 유효전력의 주파수 분포는 기본파와 그 고조파 성분, 스위칭 주파수와 그 고조파 성분으로 분리됩니다. 기본파를 포함한 모든 유효전력은 전부 모터의 에너지로써 소비되기 때문에 이상적인 측정결과로는 해석 화면상에서 플러스 성분으로 나타납니다.

하지만 20 kHz 이상의 고주파 영역에서는 저역률 전력이 되기 때문에 위상특성이 좋지 않은 전류 센서를 사용한 경우, 본래 플러스 성분으로 나와야 하는 유효전력이 마이너스 성분으로 나와버리면서 측정결과에 영향을 미칠 수 있습니다.

 

파워 스펙트럼 해석(PSA)에 의한 전력 손실의 가시화

 

PW8001 Ver.2에서 새롭게 파워 스펙트럼 해석(PSA) 기능이 탑재되었습니다. 지금까지 FFT 해석이라고 하면 전압·전류로부터 해석하는 것이 일반적이었지만, 해석 항목으로서 새롭게 유효전력을 추가함으로써 각종 주파수 성분에 있어서의 전력 분포를 가시화할 수 있습니다.

이를 통해 부하의 소비와 회생을 시각적으로 식별할 수 있습니다.

 

관련 영상：모터의 손실 해석에 활용할 수 있는 PSA란?

https://www.youtube.com/watch?v=0cqe3uIef08&t=1s

 

기능 소개：파워 스펙트럼 해석(PSA) 기능에 의한 인버터 모터의 손실 규명

https://www.hiokikorea.com/product/prod_app_detail.html?c_id=A010001&p_no=390&u_no=286

 

측정 비교 결과

 

 

스위칭 주파수20 kHz인 경우, 유효전력에서는 약 40 W(=약 2.1%)의 차이가 나는 것을 알 수 있습니다. 그 이유를 PSA 기능을 사용해 해석해보겠습니다. HIOKI CT6904A로 측정한 결과는 스위칭 주파수와 그 고조파 성분을 포함한 모든 유효전력이 플러스 (소비전력)으로 나타나고 있습니다. 한편, A사 전류 센서로 측정한 결과는 스위칭 주파수의 고주파 전력이 마이너스(회생전력)로 잘못 측정되고 있습니다.

이를 통해 HIOKI CT6904A의 결과쪽이 확실할 것이라 예상됩니다. 이는 전류 센서의 위상특성의 차이에 의해 생깁니다.


스위칭 주파수를 100 kHz까지 올리면 유효전력에 약 190 W(약 10%)의 차이를 볼 수 있습니다. PSA 기능으로 확인해 봐도 A사의 전류 센서에서는 약 200 kHz～(스위칭 주파수의 2배)의 고주파 대역에서 마이너스 전력이 확인되어 올바르게 측정되지 않은 것을 알 수 있습니다.