4-Quadranten Verstärker PAS 5000

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1 4-Quadranten Verstärker PAS 5 Harmonic Performance Demonstration Der Normenbezug: IEC/EN IEC/EN ANWENDUNGSBEREICH Für Geräte bis 6A Nennstrom, die zum Anschluss an das öffentliche Niederspannungsverteilnetz vorgesehen sind, werden in der IEC/EN Grenzwerte für die maximal zulässigen Stromoberschwingungen bis zur 4. Oberschwingung festgelegt. Im normativen Anhang A2 dieser IEC/EN Norm werden die Anforderungen an die Prüfspannungsquelle unter Last definiert. Unterpunkt c) legt die Grenzwerte für die Spannungsoberschwingungen der Spannungsquelle fest. Diese Grenzwerte müssen auch während einer Prüfung von Geräten der Klassen A D (Gerätekategorien der IEC/EN 6-3-2) eingehalten werden. Die zu prüfenden Geräte sollen sich im bestimmungsgemäßen Betrieb befinden. Unterpunkt d) beschreibt die Kurvenformcharakteristik der Spannung (Crest-Faktor!) im Hinblick auf die Sinus-Förmigkeit. Diese muss besonders bei Prüfungen von Geräten der Klassen C und D beachtet werden Der Messaufbau in der IEC/EN ist wie folgt dargestellt und kommentiert: Z S (source impedance) and Z M (measuring impedance) are not specified, but have to be sufficiently low to meet the requirements in Annex A2. This must be verified with the measurement unit at the connection points to the EUT. For the value of ZM see IEC/EN Analyzer In ZM ZS U EUT Source Bild. : Messaufbau gemäß IEC/EN /5

2 OBERSCHWINGUNGSANALYSE DES PRÜFLINGS Die Harmonic Performance des 4-Quadranten Verstärkers PAS wurde mit Hilfe des folgenden Prüfaufbaus demonstriert: An einen PAS 5 Leistungsverstärker wurde ein Prüfling mit einer gleichbleibenden Dauerleistung und einer nichtlinearen Stromaufnahme angeschlossen. PAS 5 Nennleistung: 5kVA PAS 5 Nennstrom: 8.5A eff Während der Demonstration lieferte der PAS 5 einen Nennstrom von > 4.5A eff und einen Spitzenstrom von > 6A p. Die Analyse des Oberschwingungsgehaltes der stromaufnahme des Prüflings zeigt Bild 2. In Bild 3 ist die Kurvenform des Eingangsstromes des Prüflings und in Bild 4 dessen Frequenzspektrum dargestellt (mit den Grenzwerten der IEC/EN 6-3-2) Voltage: Current: Power: Powerfactor: Testconditions: 23.8 Vrms Arms W Vpk Apk P=6422. W CosPhi:.984 EN / A4, f=5 Hz, Phase=L, Range=64. A Time window cycles=6, Grouping of harmonics=off HARMONIC ANALYSIS: Test FAIL in Timewindow of Ha Value Percent Angle EN6-3-2 Class A THD=.4 % THV=.328 V POHV=.62 V THD=7.3 % THC=3.342 A POHC=.45 A VA Margin PASS FAIL DC.3 A. % Deg X A. %.2 Deg X 2. A.4 % Deg.8 A -99. % X A % -49. Deg 2.3 A % X 4.2 A.6 % 26.8 Deg.43 A % X A 57.5 % 53.4 Deg.4 A 32.3 % X 6. A.5 % -5.7 Deg.3 A % X A 29. % Deg.77 A % X 8. A.3 % 3.6 Deg.23 A % X A 9.2 % 39. Deg.4 A % X. A.2 % 22. Deg.84 A % X 2.5 A 8.8 % 64.9 Deg.33 A % X 2. A.3 % Deg.533 A % X A 9.38 % Deg.2 A 66.2 % X 4. A.2 % 97.9 Deg.34 A % X 5.47 A 5.9 % 47.9 Deg.5 A 88.3 % X 6. A. % Deg.5 A % X 7.69 A 2.42 % 69.6 Deg.324 A 48.4 % X 8. A.2 % 5.6 Deg.22 A % X 9. A 3.87 % -4.6 Deg.84 A % X 2. A.2 % Deg.92 A % X 2.9 A 3.8 % 77.6 Deg.7 A % X 22. A. % 86.2 Deg.836 A % X A.29 % 64.9 Deg.978 A 273. % X 24. A.2 % -.7 Deg.767 A % X 25.5 A.76 % -8. Deg.9 A % X 26. A.2 % Deg.78 A -9.8 % X A 2.5 % Deg.833 A % X 28. A. % 48. Deg.657 A % X A.3 % 79.6 Deg.776 A 32.2 % X 3. A. % -9. Deg.63 A -99. % X 3.23 A.8 % 5.7 Deg.726 A 2.9 % X 32. A. % -7. Deg.575 A % X A.32 % -9. Deg.682 A % X 34. A. % 8.5 Deg.54 A -93. % X A. % 9.4 Deg.643 A % X 36. A. % -58. Deg.5 A -98. % X 37.2 A.42 % 8.4 Deg.68 A 97. % X 38. A. % -77. Deg.484 A % X A.8 % Deg.577 A 295. % X 4. A.2 % 25.6 Deg.46 A % X Bild 2: Strom-Oberschwingungen des Prüflings PWHD=.7 % PWHD=37.57 % 2/5

3 KURVENFORM UND FREQUENZSPEKTRUM DES EINGANGSSTROMES PRÜFLING Klasse D Überprüfung - Zeitfenster von i/a i/ipk.% inside positive envelope.% inside negative envelope Power: W No Class D specimen.35 Pi/2 Pi 3/2 Pi wt.35 M Bild 4: Eingangsstrom (4A eff/6a p) des Prüflings Spektrum Zeitfenster von - EN6-3-2 Class A I/A HARMONIC ANALYSIS: Test FAIL in Timewindow of DC Harmonic n Bild 5: Frequenzspektrum des Eingangsstromes 3/5

4 SPANNUNGSKURVE UND FREQUENZSPEKTRUM PAS 5 Klasse D Überprüfung - Zeitfenster von u/v u/upk 2 M.35 Pi/2 Pi 3/2 Pi wt Bild 6: Ausgangsspannung 4-Quadranten Verstärker PAS 5 Spektrum Zeitfenster von - EN6-3-2 Voltages U/V HARMONIC ANALYSIS: Test PASS in Timewindow of DC Harmonic n Bild 7: Frequenzspektrum der Ausgangsspannung PAS 5 4/5

5 OBERSCHWINGUNGSANALYSE PAS 5 Die IEC/EN fordert für die Spannungsquelle die Einhaltung der Grenzwerte für den Oberschwingungsgehalt der Spannung. Die durchgeführten Messungen mit dem Prüfling mit nichtlinearer Stromaufnahme zeigen deutlich die erstklassige Performance der PAS Spannungsquelle. Bild 6 zeigt die Kurvenform der Spannung während des Prüfdurchlaufes unter Belastung mit einem Nennstrom von > 4.5A eff und einem Spitzenstrom von > 6A p. Das Frequenzspektrum der Ausgangsspannung wird in Bild 7 dargestellt. Die tabellarische wie auch die grafische Auswertung bescheinigt dem PAS 5 vollste Konformität zu den Anforderungen an eine Prüfspannungsquelle wie in der IEC/EN gefordert. Der Abstand zwischen den erlaubten Grenzwerten und den tatsächlich gemessenen Werten ist sehr komfortabel. Voltage: Current: Power: Powerfactor: Testconditions: Bild 8: Tabellarische Übersicht der Oberschwingungen der Spannung (PAS 5) Für alle 4 Oberschwingungen ist der gemessene Wert unter 25% des erlaubten Grenzwertes der IEC/EN Eine kontinuierliche Weiterentwicklung der 4-Quadranten Verstärker Serie PAS führt künftig zu noch besseren Performance Werten. PAS 4-QUADRANTEN VERSTÄRKER: 23.8 Vrms Arms W Vpk Apk P=6422. W CosPhi:.984 EN / A4, f=5 Hz, Phase=L, Range=64. A Time window cycles=6, Grouping of harmonics=off HARMONIC ANALYSIS: Test PASS in Timewindow of Ha Value Percent Angle EN6-3-2 Voltages DIE REFERENZQUELLE FÜR ALLE ANFORDERUNGEN THD=.4 % THV=.328 V POHV=.62 V THD=7.3 % THC=3.342 A POHC=.45 A VA Margin PASS FAIL DC.6 V. % Deg X V. %. Deg X 2.5 V. % -67. Deg.464 V % X 3.22 V. % 62.5 Deg 2.76 V % X 4.6 V. %.4 Deg.464 V % X 5.83 V.8 % -82. Deg.927 V -8. % X 6.7 V. % Deg.464 V % X 7.7 V.5 % 34.8 Deg.695 V % X 8.4 V. % 85.8 Deg.464 V -99. % X 9.37 V.2 % 26.4 Deg.464 V -92. % X.3 V. % 5.9 Deg.464 V % X.5 V.2 % Deg.232 V % X 2.3 V. % -4.4 Deg.232 V % X 3.6 V.3 % 76.9 Deg.232 V -74. % X 4.2 V. % 33.3 Deg.232 V -99. % X 5.32 V. % 42.6 Deg.232 V -86. % X 6. V. % 35.8 Deg.232 V % X 7.2 V. % -9.9 Deg.232 V -9.3 % X 8.2 V. % Deg.232 V % X 9.37 V.2 % -4.9 Deg.232 V % X 2.2 V. % 52.6 Deg.232 V -99. % X 2.3 V. % 74.9 Deg.232 V -87. % X 22. V. % 8.6 Deg.232 V % X 23. V. % -6. Deg.232 V % X 24. V. % Deg.232 V % X V. % Deg.232 V % X 26.2 V. % Deg.232 V % X V. % 5.7 Deg.232 V % X 28. V. % 4.6 Deg.232 V % X 29.2 V. % -2.5 Deg.232 V % X 3. V. % Deg.232 V % X 3.4 V. % Deg.232 V % X 32. V. % Deg.232 V % X V. % 57.6 Deg.232 V -9.4 % X 34. V. % 77.9 Deg.232 V % X 35.5 V. % 2.7 Deg.232 V % X 36. V. % Deg.232 V % X 37.8 V. % Deg.232 V % X 38. V. % -85. Deg.232 V % X 39.9 V. % Deg.232 V -9.9 % X 4. V. % 97.8 Deg.232 V % X PWHD=.7 % PWHD=37.57 % /weblink/4 5/5