Attenzione al carico!

MISURE DI POTENZA

Gli alimentatori Smps richiedono una più completa procedura di test rispetto ad alimentatori tradizionali. L'analizzatore di potenza HM8115-2 è altamente qualificato per questo compito.

Lino Conti - Selezione di Elettronica

06 Luglio 2009

Negli ultimi 20 anni, gli alimentatori tradizionali costituiti da trasformatori, raddrizzatori, filtri e regolatori lineari, sono stati sempre più sostituiti dagli alimentatori switching, in grado di offrire una moltitudine di vantaggi, come la vasta gamma di impiego, l'efficienza molto più elevata, peso e massa ridotti e molto spesso un costo inferiore. Il circuito di un Smps (Switching Mode Power Supply) è notevolmente più complesso (componenti ad alta tensione di lavoro, circuiti di retroazione, ecc.) Alta integrazione, comprese le soluzioni single-chip, come pure i rivoluzionari miglioramenti nei semiconduttori di potenza, hanno diminuito notevolmente il numero della componentistica usata. Tuttavia, mentre con le produzione di alimentatori tradizionali, componenti guasti o problemi funzionali portano almeno ad un mancato funzionamento dell'alimentatore, un alimentatore Smps guasto può provocare eventuali gravi rischi per la sicurezza (sovra tensioni, surriscaldamento, rischio di incendio ecc) pur funzionando. Di conseguenza i tradizionali metodi di test possono non rilevare difetti nascosti in un Smps, anche se l'alimentatore sembra funzionare normalmente. Utilizzando il Power Analyzer programmabile 8 KW HM8115-2 durante la progettazione e il test finale di produzione, si riveleranno difetti nascosti in maniera più approfondita e più affidabile rispetto a qualsiasi altro metodo, molto semplicemente, e a un costo moderato. Grazie alla sua gamma di frequenza che va da DC a 1 KHz, può essere utilizzato non solo nel classico impiego industriale 50/60 Hz, ma anche in sistemi ferroviari a 162/3 Hz e in sistemi avionici a 400 Hz. Lo strumento visualizza in maniera continua le caratteristiche di tensione (U), corrente (I), potenza apparente (S), potenza attiva (P), la potenza reattiva (Q), nonché il fattore di potenza (PF). Nelle applicazioni il HM8115-2 può essere collegato al Dut direttamente o tramite l'adattatore opzionale HZ815. Volendo fare un paragone abbastanza analogo, come l'uso di bilance ad alta precisione da parte di società specializzate di logistica, permette di individuare difetti di imballaggio (accessori mancanti o sbagliati), questo potente analizzatore indica difetti nascosti nella alimentazione interna o nei carichi.

La caratterizzazione di carichi
Sul mercato sono disponibili alcuni analizzatori di potenza, molti dei quali con funzionalità sorprendenti, alta precisione a prezzi bassi e sono commercializzati come "detector di energia". Tipicamente, tali strumenti coprono la gamma da 1,5 a 3500 W, ma non possono essere integrati in un sistema di misura automatico con controllo remoto, né offrire la gamma completa di misura di parametri S, P, Q o PF. Il HM8115-2 consente misurazioni di precisione di tensione nel range di 50, 150, 500 V e gamme di corrente di 0,16, 1,6, 16 A fino a 8 kW, con una risoluzione massima di 1 mW. Per la maggior parte degli Smps di media potenza, è consigliato l'uso del range 80 W (500 V, 0,16 A). In questa gamma una risoluzione di 10 mW, 10 MVA, 10 mVAr permette nel test finale, l'individuazione di deviazioni di uno o più dei parametri di potenza S, P, Q, PF dai rispettivi valori di riferimento. Molto spesso, i prodotti sottoposti a test (ad esempio i terminali Pos per carte di credito) hanno varie modalità di funzionamento, come stand-by, alimentazione continua, o alimentazione a batteria, con conseguente variazione dei parametri di assorbimento e quindi anche delle principali quattro grandezze di potenza. Oltre alla visualizzazione dei valori dei parametri di analisi quantitativa, un uscita in connettore BNC di monitor analogico (1 VAC) consente ad esempio di visualizzare la potenza istantanea in funzione del tempo su un oscilloscopio. L'analisi della potenza istantanea di un Smps è importante per i progettisti e i collaudatori in fase di ricerca di guasti.

L'interpretazione dei risultati di misura
L'analisi grafica della potenza istantanea si applica a tutti i tipi di alimentatori, la frequenza di questa potenza è quindi 100 (120) Hz. Questo raddoppio di frequenza, conosciuta dalla teoria, è dimostrato chiaramente dal monitor del segnale di uscita. In questo esempio, l'oggetto del test è un alimentatore Hameg (HM8118). La misura di corrente è 66 mA, il PF è pari a 0,57, questo porta a una potenza attiva P = 8,98 W, una potenza reattiva Q = 13,2 VAr e una potenza apparente S = 15,8 VA. Questi numeri rappresentano una "firma di qualità" di uno strumento di riferimento. Dal punto di vista della sicurezza dei prodotti non è sufficiente la misura della sola potenza P, ma è richiesto in aggiunta almeno uno dei parametri Q o PF. La Fig. 1 mostra la corrente generata dal primo canale di un alimentatore a quattro quadranti HM8143 (concetto classico con trasformatore di alimentazione, regolatore lineare ecc). Il secondo canale agisce come corrente sink, dove viene convertita in calore. La potenza consumata è P (in) = 139,5 W, Q = 112 VAr, S = 179,1 VA che corrisponde con un PF = 0,78.

L'importanza del fattore di potenza PF
La norma europea EN 61000-3-2, che si applica a prodotti con potenza superiore a 75 W destinata al pubblico in generale, definisce i limiti massimi di armoniche di corrente di linea per la gamma di potenza da 75 a 600 W e maggiore di 600 W. La finalità di questa norma è quella di limitare le armoniche causate da linee correnti a impulso.
Al fine di creare una forma d'onda di corrente simile il più possibile ad una sinusoide e di ridurre al minimo la differenza di fase tra tensione e corrente, anche a livelli di alta potenza, possono essere utilizzati diversi metodi. Ci sono in commercio vari circuiti passivi e attivi di correzione del fattore di potenza. L'HM8115-2 permette di visualizzare entrambi i parametri (potenza istantanea e PF), senza alcun problema.

Misure in applicazioni industriali
La misurazione di tutti i parametri potenza di un Dut viene effettuata contemporaneamente, Trasferire i risultati delle misure di U, I, P, Q, S, PF è molto semplice tramite l'interfaccia Usb/RS232 o (con opzione installabile in fabbrica) tramite Ieee488. Tutte le interfacce sono isolate galvanicamente e questo dà la garanzia di una connessione in sistema Ate libera da qualsiasi interferenza. Per applicazioni professionali è disponibile un kit di montaggio a 2 unità rack 19".

I parametri di misura disponibili per l'HM8115-2

• Potenza attiva P
Unità di grandezza watt (W)
Solo la potenza attiva può essere trasformata in qualsiasi altra forma di energia come meccanica, termica o chimica

• Potenza reattiva Q
Unità di grandezza reattiva VAr.
Carichi che presentano componenti induttivi o capacitivi causano una differenza di fase tra tensione e corrente (vedi fig. 3). L'energia è immagazzinata e scaricata: l'ulteriore corrente causa perciò oscillazioni tra alimentazione e carico, non contribuendo alla potenza reale, ma solo creando ulteriori perdite.

• Potenza apparente S
La potenza apparente è pari alla somma geometrica delle potenze attiva e reattiva

• Fattore di potenza PF
Uguale al rapporto tra potenza attiva e potenza apparente

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