Nella misura della potenza due sole grandezze fisiche sono necessarie: la tensione e la corrente entranti nel sistema sotto misura. Dalle scuole superiori sappiamo che la potenza apparente di un sistema è semplicemente il prodotto della tensione per la corrente: S=V*I. Dalla formula a fianco sembrerebbe quindi immediato dedurre che un qualsiasi strumento, in grado di misurare la tensione e la corrente, sia sufficiente; ma e proprio così? Naturalmente non è così: sappiamo che, in relazione al tipo di carico sotto misura, esiste un maggiore o minore sfasamento tra la forma d’onda in tensione e in corrente che porta ad un maggiore o minore peso della potenza attiva e reattiva. Di conseguenza, per una corretta e precisa misura dello sfasamento dal quale dipende il corretto computo di tutti gli altri parametri, è fondamentale che lo strumento riesca a misurare l’esatto punto di intersezione dell’asse del tempo (zero cross point) delle forme d’onda in misura. Solo in questo caso è possibile, in modo sicuro e preciso, determinare il vero valore di cosphi e quindi risalire ai reali valori di P, Q e S. In aggiunta a quanto detto negli attuali sistemi di alimentazione industriale a inverter, e anche nei sistemi di alimentazione consumer, le forme d’onda di tensione e corrente non sono più puramente sinusoidali ma fortemente distorte; ciò porta a tensioni e correnti con elevati contenuti armonici. Pertanto in questi sistemi la corretta misura dei parametri di tensione e corrente, con un elevato livello di precisione, è ancora più difficile.
Attualmente i wattmetri, strumenti dedicati e progettati esclusivamente alla misura della potenza, permettono tali misure, garantite in sede di progettazione e garantite in condizioni di impiego sia Dc che Ac. Tale precisione, sia nella misura che nella identificazione dello Zero Cross Point, permette di effettuare il calcolo dei parametri relativamente a tutto il contributo armonico della forma d’onda in misura. Dove la precisione è necessaria (pensiamo per esempio alla necessità di certificare gli elettrodomestici in base al consumo elettrico in modo di poterli collocare nelle varie classi di consumo conformi alla legislazione o nello sviluppo di azionamenti per motori) l’unica risposta può essere solo attraverso l’uso di un wattmetro.
Le soluzioni Yokogawa
Yokogawa offre al mercato una grande scelta di soluzioni di misura per la misura della potenza proprio per venire incontro, oltre alle esigenze di classi di precisione e analisi, anche ad esigenze di consistenza dell’investimento disponibile. Un fattore che accomuna, a prescindere dal prezzo e dalle prestazioni, tutti i wattmetri Yokogawa è la promessa di stabilità a lungo termine delle caratteristiche dichiarate; infatti, alla base di ogni sistema di misura, deve esserci la garanzia di ripetibilità e quindi di stabilità nel tempo delle specifiche tipiche dello strumento. Questo, oltre ad essere sinonimo di qualità, significa anche un minore investimento periodico per quanto riguarda le calibrazioni. Yokogawa, nell’ambito della classe di precisione 0,1%, offre sia wattmetri con display analogico che con display videografico a colori. I wattmetri della serie WT210/230, sia monofase che trifase a 3 o 4 fili, rappresentano la soluzione ideale per conciliare sia esigenze di budget che tecniche; gli strumenti, di classe 0,1%, permettono la misura di tutti i parametri elettrici nonché la misura del contenuto armonico, fino al 50°, di tensione e corrente. La banda passante va da Dc, e da 0,5 a 100 KHz. Data la banda passante tali strumenti rappresentano già una buona soluzione anche per analisi di sistemi a inverter.
Home appliance, inverter e motori elettrici
Relativamente alle applicazioni home appliance (tipicamente il mercato del bianco, ma non solo) è da ricordare che i WT210 sono certificati da Kema come conformi alla recente normativa IEC62301 relativa alle misure di potenza in stand-by, che tipicamente riguarda particolarmente il settore dell’home appliance. È bene ricordare che lo standard IEC 62301 descrive i metodi di test e i requisiti sia delle sorgenti di alimentazione che dei Devices under test. La direttiva EU prescrive limiti e tempi. Il primo requisito della IEC 62301 è relativo alla precisione del wattmetro, che deve essere uguale o migliore dello 0,5%, deve avere capacità di misurazioni di potenza fino a 0,01W e la capacità di analizzare componenti armoniche fino al 49° ordine (2,5 kHz). La normativa prescrive limiti sul THD nonché sul fattore di cresta, precisione , accuratezza, risoluzione numerica, stabilità della misura nel tempo e tempo di misurazione della prova. Subito sopra ai wattmetri della serie WT210/230 Yokogawa propone i modelli WT500 e WT1600, sempre di classe 0,1% ma con banda passante DC, 100 KHz e 1 MHz. Tali modelli, da 1 ingresso voltamperometrico fino a 6 per una misura fino a 2 sistemi trifase sullo stesso wattmetro, sono videografici permettendo, oltre alla visualizzazione numerica dei parametri elettrici, anche una visualizzazione a trend, barre e vettorscopio. Il WT500 con le particolari funzioni di integrazione dell’energia bought/sold e charge/discharge, è particolarmente indicato in ambienti di misura legati alle energie rinnovabili dove viene sia prodotta che assorbita energia. Al top della gamma dei wattmetri, Yokogawa propone il WT3000, di classe di precisione 0,01%, con configurazione fino a 4 ingressi voltamperometrici e con banda passante fino a 1 MHz. Lo strumento, videografico, permette ingressi diretti fino a 30A e/o 2A ed è certificato da Kema come conforme alla normativa IEC62301 di cui sopra; è possibile così, sullo stesso strumento, effettuare misure su alte correnti come su correnti di pochi mA. Le possibilità di analisi armonica si estendono fino al 100° ordine ed è possibile avere, su alcuni modelli, l’ingresso motore per effettuare misure su motori; tali possibilità favoriscono l’industria elettromeccanica nonché i costruttori di banchi prova.
L’analisi di potenza off line
Per applicazioni e frequenze molto elevate Yokogawa propone il power analyzer PZ4000, al top per quanto riguarda la banda passante; con configurazione da 1 a 4 ingressi voltamperometrici (e ingressi motori), con banda passante fino a 2MHz e con velocità di campionamento di 5MS/sec permette la cattura in memoria e l’analisi, anche off line, di tutti i parametri elettrici caratterizzanti la prova. Con il PZ4000 è possibile misurare i dati acquisiti, su basi dei tempi fino ai microsecondi, tramite cursori in modo da effettuare, con grande precisione, i calcoli energetici di potenza.
Le prove a vuoto sui trasformatori
Tutti i wattmetri Yokogawa garantiscono la precisione dichiarata anche a bassissimi cosphi in modo da coprire la maggior parte delle applicazioni; nel caso però di esigenze di misura particolarmente spinte dal punto di vista del cosphi, tipicamente per le prove a vuoto dei trasformatori, Yokogawa ha recentemente lanciato sul mercato il WT3000T che aggiunge, alle caratteristiche high end del modello base, un altissima precisione a cosphi bassissimi. Il WT3000T è calibrato e certificato dal Dutch Metrology Institute VSL per una frequenza di 53 Hz per fattori di potenza fino a 0.001 in modo da essere conformi alle prescrizioni della IEC60076-8. Nella costruzione dei trasformatori la misura delle perdite a vuoto riveste un ruolo importante in quanto vengono sanzionate in termini monetari e quindi una precisione spinta di misura diventa requisito necessario per la migliore progettazione nonché riduzione di tali perdite.
L’interfacciamento
Tutti wattmetri possono essere collegati ai Pc tramite porte Ethernet, RS232, Gpib e Usb permettendo lo scarico dei dati e il controllo e visualizzazione da remoto. Yokogawa, tra i vari software di cattura e analisi, offre anche un software dedicato alle misure in accordo alla IEC62301 che facilita le stesse dando la possibilità di creare velocemente dei report.
Sistemi di misura completi: i trasduttori
Un punto importante nella corretta misura della potenza riguarda i trasduttori; molto spesso è necessario misurare correnti ben al di sopra della massima corrente di ingresso diretta ammessa dai wattmetri:di conseguenza è necessario fare ricorso a trasduttori di corrente caratterizzati da una precisione e banda passante comparabile con quella del wattmetro. Insieme ai wattmetri, al fine di offrire sistemi di misura completi, Yokogawa fornisce trasduttori e pinze amperometriche, di alta precisione, banda passante fino a 1 MHz e amperaggio fino a 1000A, in modo di fornire ai clienti la possibilità di effettuare misure che vanno oltre la portata diretta degli strumenti, senza perdere in precisione.
