Altoo: Sådan tester du power elektronik på en ny og effektiv måde
SPONSORERET INDHOLD. En avanceret DC forsyning kombineret med en regenerativ load repræsenterer et effektivt nyt værktøj til test af power elektronik. Læs om de spændende nye muligheder og produkter.
Markedet for power elektronik er i kraftig vækst. Den danske industri er i front og udvikler løsninger inden for en række områder. I endnu højere grad end andet elektronik kræver power elektronik omfattende test for at sikre høj pålidelighed. For at teste effektivt, kræves nye værktøjer. To typer som ikke findes i enhver værktøjskasse er avancerede DC forsyninger og DC loads.
Uanset, at mange færdige produkter arbejder med AC på ind eller udgangen, har stort set alle DC internt i designet. Det betyder, at der er et behov for at levere DC og aftage DC effekt for at kunne teste udstyret.
Ofte vil kravene være store til DC forsyningen for at kunne simulere den normale forsyning. Eksempelvis simulering af den komplekse karakteristik af et solpanel eller et batteri. Også for at kunne sikre, at udstyret lever op til krav om holdbarhed overfor transienter og varierende spændinger, kræves DC forsyninger med specielle egenskaber. Test af batterier kræver, at udgangsimpedansen kan varieres, så opladning sker med den ønskede profil.
Mange færdige produkter leverer en effekt på udgangen i form af en DC. Det gælder DC-DC invertere og driver kredsløb. Men også designs hvor udgangen leverer AC opererer internt med DC, som man ønsker at belaste. Her er det nødvendigt at lave både dynamiske og langtidstest for at sikre, at udstyret lever op til specifikationerne. Belastningen kan være konstant, men typisk vil man også skulle teste dynamiske forløb.
Specielt ved langtidstest ønsker man ikke at brænde store mænger energi af som varme. Løsningen er, at sende den optagne energi tilbage til nettet med en regenerativ load.
Elektronik til at drive motorer er i en klasse for sig. Her vil man dynamisk have behov for at skifte mellem at levere og aftage effekt, for at kunne simulere skiftet mellem acceleration og nedbremsning. En andet meget kendt eksempel, er test af batterier. Når man oplader batteriet skal der leveres effekt, når man aflader skal testudstyret virke som en belastning.
Hvad er en 2-kvadrant strømforsyning?
En traditionel DC strømforsyning leverer en positiv spænding og en positiv strøm. Man siger at den arbejder i 1. kvadrant. Det er vist nedenfor i figur 1.
Tilsvarende vil en elektronisk load acceptere en positiv spænding og en negativ strøm. Det betyder, at den absorberer effekten. Man siger at den arbejder i 2. kvadrant.
En 2-kvadrant strømforsyning fungerer i begge kvadranter. Når den arbejder i 1. kvadrant trækker enheden strøm fra den én eller-trefasede nettilslutning som konverteres til DC. Når den arbejder i 2. kvadrant optager den effekten. Effekten kan enten ”brændes af”, eller for mere avancerede såkaldte regenerative løsninger kan effekten sendes tilbage til nettilslutningen.
Figur 1. En 2-kvadrant forsyning, som arbejder i 1. og 2. kvadrant
Hvordan virker en regenerativ load?
De fleste loads har mulighed for at fungere sådan, at enten spændingen, strømmen eller den indre modstand holdes konstant. Ofte vil man også kunne vælge at loaden aftager en konstant effekt eller en kombination af de fire muligheder.
De fleste loads fungerer sådan, at effekten ”brændes af” i et indbygget varmeelement – en effektmodstand. Det betyder, at der udvikles varme i loaden og at effekten går tabt.
De regenererende loads giver muligheden for at returnere effekten til nettet, idet den afsatte DC effekt konverteres til en AC strøm som sendes tilbage til nettet. Det sker ofte med en effektivitet på mere end 90%. Figur 2. viser simplificeret hvordan en regenerativ load fungerer.
Der er mange fordele ved en regenerativ load:
- - En økonomisk besparelse, fordi energiforbruget reduceres væsentligt.
- - Reducerer mængden af overskydende varme med 90%.
- - Størrelsen reduceres typisk omkring 85%, da der ikke er brug for at aflede varmen.
- - Man mindsker eller fjerner behovet for rumafkøling.
En kombineret DC forsyning og regenerativ load har desuden den fordel, at man kan skifte dynamisk mellem levering og load funktion. Det er et ultimativt krav for at kunne teste mange typer af produkter.
Figur 2. En regenerativ load sender den optagne effekt tilbage på nettet, så det samlede energiforbrug ved test reduceres voldsomt.
Nye typer af løsninger fra Keysight og ITECH
To af de store spillere på markedet for testudstyr til power elektronik er Keysight og ITECH. De har begge et stort program af DC forsyninger og loads. Begge har for nyligt introduceret DC forsyninger med indbygget regenerativ load.
Keysight har udvidet deres RP7900 serie af forsyninger, så de nu leverer effekter fra 5 til 20 kW i en enkelt 19” enhed med en højde på kun 3U (133 mm). Flere enheder kan sammenkobles, så løsninger op til 200 kW kan opnås.
Den fås i udgaver med op til 2000 Volt DC og som load regenereres over 90% af den afsatte effekt til nettet. Den skifter fra at levere til at optage effekt uden nogen spring i spænding eller strøm.
Indbygget er muligheden for programmerbare I-V kurver, så man kan simulere et solpanel, ligesom man kan simulere et batteri med en programmerbar udgangsimpedans. En indbygget arbitrær generator gør, at man skabe komplekse dynamiske kurveformer.
Yderligere oplysninger om RP7900 serien
Figur 3. RP7900 serien fra Keysight er en kombineret DC forsyning og regenerativ load som leverer og ”sinker” op til 20 kW i en 3U enhed
ITECH har en række løsninger som kombinerer en avanceret DC forsyning med en regenerativ load. Deres program omfatter produkter fra 200 W op til 1 MW.
De mest interessante er de to nye serier IT-M3600 og IT6000.
IT-M3600 leverer effekter fra 200 til 800 Watt i en meget kompakt enhed på kun 45 x 22 x 44 cm. De er derfor meget velegnede hvor der kræves en begrænset effekt. Flere enheder (op til 16) kan let kobles sammen, så man opnår større effekter. Udgangsspændingen er op til 600 Volt.
På trods af den lille størrelse og lave pris, har de avancerede funktioner. Simulering af batterier, batteri test og programmerbar udgangsimpedans. Solar panel simulering introduceres snart. Som load returneres omkring 90% af effekten til nettet.
IT6000 serien kombinerer høj effekt (6-144 kW) med avancerede funktioner og høj hastighed til en attraktiv pris. Nogle få eksempler:
Nogle få eksempler:
- - Op til 2250 Volt og 2040 Ampere
- - 18 kW i 3U højde
- - Indbygget simulering af solpaneler
- - Arbitrær kurveformgenerator med 10 Mega punkter
- - Transient simulering efter ISO, DIN, SAE og andre standarder
- - Batteri simulering og test
- - Stige/faldtider omkring 30 ms ved fuld effekt
- - Regenerering af effekten på op til 95%
Yderligere oplysninger om IT-M3600 serien
Yderligere oplysninger om IT6000B serien
Figur 4. IT-M3600 serien (øverst) fra ITECH kombinerer DC forsyning og load i en kompakt enhed til en attraktiv pris. De kan stakkes så man opnår højere effekter. De fås også som rene DC forsyninger eller loads. IT6000B serien (nederst) fra ITECH kombinerer høj effekt med avancerede funktioner til en attraktiv pris.
6 KW i en højde på kun 1U (44mm) og 12 kW i 2u (88mm)
Seneste skud på stammen fra ITECH er IT-M3900 serien som leverer effekter op til 6 kW i en højde på kun 44 mm. De leveres både som ren DC forsyning, DC load og kombinationen med fuld funktionalitet både som load og forsyning. De har en række indbyggede funktioner til simulering og test af batterier, simulering af solpaneler og automatisk udførsel af en række ISO og DIN standard test. De leveres med spændinger op til 1500 Volt og regenerer den optagne effekt med en effektivitet på over 90%.
Yderligere oplysninger om IT-M3900 serien
Figur 5. IT-M3900 serien fra ITEC kombinerer DC forsyning og load i en kompakt enhed med en uset høj effekttæthed. Serien leverer op til 6 kW i en højde på kun 1U.
Om Altoo Measurement Science
Altoo er en førende dansk leverandør af måleinstrumenter og løsninger der giver indsigt.
- - Industri førende producenter og løsninger
- - Løsninger til hele livscyklus: Forskning->Udvikling->Certificering->Produktion->Vedligehold
- - Fuld support, rådgivning og service gennem alle faser af ejerskab.
- - Korttidsleje på 14 dage til 5 års leasingkontrakter, foruden alm investering.
- - Verdens største udvalg af brugt og demo udstyr.
- - Eneste Keysight Service og support center i Danmark
Kontakt Altoo for mere information:
Altoo Measurement Science ApS
Agern Allé 24, Bygning 3 st
DK-2970 Hørsholm
Telefon (+45) 45 80 12 15
E-mail: kunde.service@altoo.dk
Web: www.altoo.dk
