Программируемые источники питания AC+DC серии N4A

Статьи

Программируемые AC+DC источники питания серии N4A с выходной мощностью до 67кВА представляют ранее недостижимую для импульсных AC источников (с топологией на основе ключа) производительность при крайне малых искажениях. В источниках серии N4A используется патентованный 6-этапный выходной каскад, позволяющий значительно увеличить частоту переключения и снизить уровень искажений. До сих пор, топологиям с коммутацией был присущ более высокий уровень искажений, чем в широко применяемых линейных топологиях.

Содержание

  1. Обзор источников питания
  2. Ключевые технические преимущества
  3. Технические спецификации
  4. Галерея изображений

1. Обзор источников питания

Программируемые AC источники мощности серии N4A предназначены для использования в большом числе измерительных задач. Источники оснащены двухканальным генератором сигналов произвольной формы (СПФ) с прямым цифровым синтезом сигнала (DDS), и обеспечивают одновременную генерацию нескольких гармоник, свипирование в диапазоне частот (качание частоты), последовательности сценариев. Характеристики генераторов СПФ обеспечивают возможность программирования пользовательских долгих последовательностей форм сигналов (сценариев) без ухудшения разрешения каждой отдельной формы сигнала внутри сценария. Источники серии N4A обеспечивают вертикальное разрешение 10 бит и максимальное  количество точек 16.384 на отдельную периодическую форму сигнала. Также источники оснащены внутренней памятью для хранения и импорта пользовательских форм сигналов, удобной системой меню для работы с библиотекой форм сигналов и графическим отображением формы сигнала на дисплее источника.

2. Ключевые технические преимущества перейти к содержанию

В прошлом, использование источников с низким уровнем искажений ограничивалось использованием в них линейной топологии выходного каскада. Хотя такая топология обеспечивала низкий уровень искажений, но одновременно обладала некоторыми недостатками, такими как низкая производительность (эффективность) истоника при малых значениях коэфф. мощности, пониженным уровнем выходной мощности при выходном напряжении ниже напряжения питания, большие габариты, и т.д. Разработанный компанией N4L каскад с коммутацией обладает всеми преимуществами линейной топологии и свободен от ее недостатков. Более того, стоимость источников серии N4A ниже, чем эквивалентные модели с линейной топологией выходного каскада.

Сравнение между «6-этапной модуляцией» N4L и традиционной линейной топологией*
Источник мощности N4L Традиционный линейный источник
Лидирующая на рынке источников способность по пусковым токам – 2-х кратное превышение номинального тока в течение 3 секунд. Источники с линейной топологией, как правило, не обладают какой-либо способностью по пусковым токам и обычно используются в не типичных режимах превышения (over-rate) для таких приложений, как разработка электродвигателей.
Возможность работы на нагрузку, имеющую высокое значение пик-фактора. Выходная мощность часто уменьшается при высоких значениях пик-фактора нагрузки.
Возможность работы на нагрузку с крайне малым значением коэфф. мощности с макс. выходным током во всем диапазоне напряжений. Выходная мощность часто уменьшается при низких значениям коэфф. мощности из-за перегрева линейных выходных каскадов.
Эффективность источника превышает 80% вне зависимости от типа нагрузки. Линейные источники обеспечивают эффективность около 60%.
Выходные модули на основе IGBT с микропроцессорным управлением обеспечивают превосходную надежность, благодаря интегрированной защите на Si подложке. Традиционные топологии часто не обладают интегрированной защитой на Si подложке.
Крайне низкий коэффициент искажения гармоник (THD) в сравнении с самыми производительными усилителями с линейной топологией на рынке. Низкий коэффициент искажения гармоник (THD) теперь не является параметром сравнения между источниками с линейной топологией и топологией с 6-этапной модуляции компании N4L.
* - По результатам исследования компании N4L на октябрь 2014г.

Функция пускового тока (в течение нескольких периодов)

Все модели источников мощности серии N4A обладают функцией генерации пусковых токов в течение 3 секунд с 2-х кратным превышением полной номинальной выходной мощности (ВА). Данная функция крайне полезна при подаче питания на устройства с большими значениями пусковых токов, такие как компрессоры или эл. двигатели. Как результат, не требуется использование габаритного усилителя при подаче кратковременных пусковых токов.

Перегрузка источника по мощности (напряжение 300Вскз.)

Низкий коэффициент THD как у линейных источников

Усилители мощности, используемые в источниках серии N4A, дополнены аналоговыми устройствами подавления шума, разработанными компанией N4L, и называемыми топологией «6-этапной модуляции». Данная топология обеспечивает выходную форму сигнала с коэффициентом THD менее 0.1% при работе на нагрузку с высоким потреблением тока. Такой низкий уровень искажения сигнала ранее был доступен только источникам мощности с линейной топологией выходного каскада. Благодаря использованию современных методов проектирования и разработки усилителей, компания N4L может обеспечить в источниках серии N4A исключительно низкий уровень искажений выходного сигнала при малых габаритах, и высокую эффективность работы источников.

Программируемые повышения/понижения, пропадания (Surge/Sag/Drop-out)

Усилители мощности, используемые в источниках серии N4A, оснащены функцией программирования повышения и понижения (Surge/Sag) выходной мощности, позволяя пользователю установить параметры амплитуды выходного сигнала и фазовый угол перехода к указанному значению амплитуды. Также имеется возможность задать пропадание (drop-out) некоторой части формы сигнала.

СлеваПример формы сигнала при повышении (Surge), осциллограмма с ПРИЗМА-550, изменение амплитуды с фазы 0°
СправаПример пропадания (Drop-out) отрицательной половины сигнала

Программируемый синтез гармоник сигнала

Цифровой синтез гармоник обеспечивает превосходную гибкость при синтезе искажений формы сигнала на высоких частотах.

Пример искажения формы сигнала с помощью гармоник высших порядков,
добавление 5-й гармоники в выходной сигнал

Возможность указания фазового угла включения

Источники AC мощности серии N4A оснащены функцией программируемой фазы включения (switch on), что позволяет проводить тестирование фазочувствительных нагрузок емкостного или индуктивного характера. Источник питания серии N4A совместно с анализатором мощности N4L серии ПРИЗМА представляет собой прекрасное решение для анализа/генерации пусковых токов.

Пример включения при фазе 180°

Модуль N4A PCU (Программируемый контроллер)

Модуль N4A PCU обеспечивает управление формой выходного сигнала, синтезом гармоник, последовательностями форм сигналов и т.д. Модуль устанавливается в источники питания: однофазные (модели N4A03, N4A06) и трехфазные (модели N4A18, N4A30, N4A67).

Параметры модуля программируемого контроллера (PCU)
Выходные данные
Глубина памяти 128K точек данных
Загрузка внешних данных Возможность загрузки внешних форм сигналов через режим осциллографа
Разрешение по амплитуде Нормальный режим = 0.1Вскз.; Режим ÷10 = 0.01Вскз.
Разрешение по фазе 0.1°
Макс. частота основной гармоники 1 кГц
Макс. частота гармоник 10 кГц
Мин. скорость нарастания 3В/мкс
Разрешение выходного ЦАП 12 бит
Выходные разъемы BNC (внутренне подключены к инверторному блоку источника и могут быть использованы как низковольтный выход запуска)
Режимы вывода сигналов Непрерывный, с запуском (triggered), с последовательностями, с качанием частоты (свипирование)
Длина последовательности 50
Простота использования Интуитивно-понятный графический интерфейс пользователя
Связь с ПК / коммуникации
Интерфейсы RS232, LAN, USB
Макс. скорость передачи, бод 19200


В источнике мощности N4A18 модуль контроллера размещен в ведущем блоке (master),
который управляет двумя подчиненными блоками (slave).

Широкая полоса частот до 10кГц для генерации малых искажений сигнала

Источники AC мощности серии N4A обеспечивают единичное усиление в полосе до 1кГц и полосу частот для малых сигналов до 10кГц. При эквивалентной полосе 10кГц, источники серии N4A обеспечивают генерацию сигналов прямоугольной формы при напряжении 300В с частотой основной гармоники 500Гц и выше.

Мониторинг выходной мощности

Источники AC мощности серии N4A обеспечивают мониторинг выходного напряжения и тока по каждой фазе в режиме реального времени. Для измерения параметров мощности с наивысшей точностью и расширенного анализа гармоник сигнала, источники питания серии N4A могут быть дополнены прецизионными анализаторами мощности серии ПРИЗМА.

Быстрое включение по времени

Благодаря использованию инновационной топологии “6-этапной модуляции”, источники AC мощности серии N4A обеспечивают крайне быстрое включение по времени, как видно из осциллограммы ниже.

Пример включения источника питания серии N4A

Режим последовательностей

Генератор модуля контроллера PCU оснащен патентованной функцией генерации последовательностей. Данная функция позволяет пользователю вводить таблицу параметров сигналов, которая последовательно будет воспроизведена генератором. В таблицу заносится информация по амплитуде, частоте и длительности сигнала, т.е. времени перехода к следующим параметрам в таблице. Генератор может быть запрограммирован на непрерывное воспроизведение последовательностей, на один цикл по сигналу запуска (через интерфейсный порт или TTL уровень), на непрерывное воспроизведение по сигналу запуска. Минимальный период длительности одного сигнала в последовательности составляет 40мс, а максимальный – 12 часов. 

200% превышение номинального выходного тока при любом коэффициенте мощности

Внутренняя топология с коммутацией, используемая в источниках серии N4A, обеспечивает не только превосходные показатели по уровню искажений, но также 200% превышение номинального выходного тока (в течение 3 секунд) с последующим 100% от номинала непрерывным выходным током при любом коэффициенте мощности (PF). Такие характеристики становятся возможными благодаря значительно меньшим  тепловым потерям в выходных устройствах коммутации, что для источников с линейной топологией представляет собой критическое ограничение.

Производительность источников серии N4A

3 фазные источники AC мощности до 67кВА

Источники AC мощности серии N4A доступны в 1-фазных и 3-фазных модификациях. 3-фазные модификации оснащены одним ведущим блоком (master-блок, см. рисунок ниже N4A18-M) и двумя ведомыми блоками (slave-блок, см. рисунок ниже N4A18-S). Все 3-фазные источники питания серии N4A обладают полностью изолированными выходами, крайне низким коэфф. искажения гармоник при работе на большую нагрузку и возможностью генерации тока с 2-кратным превышением номинального значения в течение 3 секунд.

Источник AC+DC мощности N4A18 3-фазный, 18кВА (6кВА на фазу)

Анализ гармоник и фликера в соответствии с МЭК 61000-3-2/12 и МЭК 61000-3-3/11

Все модели источников AC мощности серии N4A соответствуют требованиям стандартов МЭК 61000-3-2/12 и МЭК61000-3-3/11. Источники обеспечивают генерацию сигнала с крайне низким уровнем искажений (<0.1% THD типично), обладают низким выходным импедансом, и могут поставляться как отдельный элемент для интеграции в тестовые системы других производителей. Также источники питания серии N4A могут комплектоваться анализатором гармоник и фликера ПРИЗМА-551 и эквивалентами сети IMP161, IMP163, IMP323 или IMP753 компании N4L в виде одной многофункциональной тестовой системы. На данный момент компания N4L является единственным в мире* производителем систем тестирования гармоник и фликера по МЭК61000-3-2/12 и МЭК61000-3-3/11 с собственной аккредитованной ISO17025 (UKAS) калибровочной лабораторией.
* - По данным исследования компании N4L на ноябрь 2014г.

Блок-схема источников питания (модели N4A03, N4A06)

Блок-схема источников питания (модели N4A18, N4A30, N4A67)

3. Технические спецификации перейти к содержанию

N4A03
(1 фаза)
N4A06
(1 фаза)
N4A18
(3 фазы)
N4A30
(3 фазы)
N4A67
(3 фазы)
Мощность
Номинальная выходная мощность 3,000ВА 6,000ВА 18,000ВА 30,000ВА 67,500ВА
Выходные характеристики
Выходное напряжение (AC) 0~300Вскз. 0~300Вскз. 0~300Вскз. 0~300Вскз. 0~300Вскз.
Выходное напряжение (DC) 0~425В DC 0~425В DC 0~425В DC 0~425В DC 0~425В DC
Макс. непрерывная выходная мощность (AC) 3,000ВА 6,000ВА 18,000ВА 30,000ВА 67,500ВА
Макс. пусковая выходная мощность (в течение 3 секунд) 6,000ВА 12,000ВА 36,000ВА 60,000ВА 90,000ВА
Макс. непрерывный выходной
ток (AC)
10Аскз. 20Аскз. 20Аскз. (на фазу) 32Аскз. (на фазу) 75Аскз. (на фазу)
Макс. пусковой выходной ток 20Аскз. 40Аскз. 40Аскз. (на фазу) 64Аскз. (на фазу) 100Аскз. (на фазу)
Частота выходного сигнала DC~1кГц DC~1кГц DC~1кГц DC~1кГц DC~1кГц
Мин. скорость нарастания 3В/мкс 3В/мкс 3В/мкс 3В/мкс 3В/мкс
Стабильность вых. напряжения <0.1% <0.1% <0.1% <0.1% <0.1%
Точность выходного напряжения <0.5% <0.5% <0.5% <0.5% <0.5%
Коэффициент THD <0.3%* <0.3%* <0.3%* <0.3%* <0.3%*
Уровень выходного шума <500мВскз. <500мВскз. <500мВскз. <500мВскз. <500мВскз.
Время восстановления формы сигнала <50мкс <50мкс <50мкс <50мкс <50мкс
Макс. компенсация падения напряжения в кабелях 5% 5% 5% 5% 5%
Время восстановления при падении напряжения в кабелях <200мс <200мс <200мс <200мс <200мс
Макс. генерируемый пик-фактор (ток) [Макс. пусковой ток *1.41] / ср-кв. ток нагрузки
Обшие данные
Габариты, мм 281 х 471 х 513 281 х 471 х 513 1785 х 930 х 755 1785 х 930 х 755 1800 х 1200 х 800
Вес, кг 30 45 740 740 1300
Входное напряжение 230В AC +/-10% 1PH 400В AC +/-10% 3PH 400В AC +/-10% 3PH 400В AC +/-10% 3PH 400В AC +/-10% 3PH
Частота входного напряжения 45~65Гц
Температура эксплуатации 0~35°C
Входной ток 24Аскз. 16Aскз. на фазу / 27A нейтраль 60A в  непрерывном режиме, 120А в пусковом режиме / на фазу 80A в  непрерывном режиме, 160А в пусковом режиме / на фазу 160A в  непрерывном режиме, 220А в пусковом режиме / на фазу
* - При номинальном напряжении с линейной нагрузкой

4. Галерея изображений перейти к содержанию


Другие статьи

посмотреть все
  • Решения компании "Главприбор" для испытаний на ЭМС

    Решения компании "Главприбор" для испытаний на ЭМС

    Наша компания является официальным партнером ряда производителей оборудования для испытания на ЭМС. В данном материале приведены поддерживаемые стандарты МЭК (ГОСТ) и соответствующее им испытательное оборудование, поставляемое нашей компанией.

    Статьи
  • Электрохимическая импедансная спектроскопия эл. питания

    Электрохимическая импедансная спектроскопия эл. питания

    Спектроскопия электрохимического импеданса (СЭИ, EIS) представляет собой метод, при котором импеданс электрохимической ячейки измеряется как функция от частоты. Метод импедансной спектроскопии играет значительную роль в фундаментальных и прикладных исследованиях. Метод описывает процессы, связанные с химическими и электрическими явлениями/реакциями/параметрами и может представлять трудность в понимании терминов и использовании измерительных приборов.

    Статьи
  • Обзор анализатора мощности серии ПРИЗМА-350

    Обзор анализатора мощности серии ПРИЗМА-350

    Компания Newtons4th представляет новейший прецизионный анализатор мощности ПРИЗМА-350 с возможностью анализа от 1 до 6 фаз в одном компактном 2U корпусе. Мощность двухядерной обработки данных обеспечивает одновременные измерения по всем 6 фазам с максимальной производительностью. Анализатор ПРИЗМА-350 обеспечивает точность измерения напряжения и тока 0.04%, мощности 0.06% при частоте дискретизации 1МГц по всем каналам.

    Статьи