Cómo leer las especificaciones de precisión sin pasar por alto la letra pequeña
Los analizadores de potencia digitales modernos de varios fabricantes se basan principalmente en los mismos principios fundamentales. Sin embargo, a veces es difícil reconocer las diferencias importantes entre ellos, especialmente cuando se trata de calcular la precisión para la medición prevista.
La Figura muestra los factores más considerables que influyen en la precisión de medición del dispositivo.
Esta nota de aplicación lo llevará a profundizar en esos factores y se centrará en cómo interpretar los datos de precisión técnica de las especificaciones sin pasar por alto la letra pequeña.
Rangos de medición y factor de cresta
Es común que los rangos de medición afecten la precisión de los analizadores de potencia. En particular, la gran mayoría de los fabricantes definen la precisión de las lecturas como voltaje, corriente y potencia en función de la ecuación:
± (% de lectura + % del intervalo)
El segundo término “% del intervalo” se especifica sobre la base de dos enfoques diferentes. En el primer enfoque, se especifica un rango TRMS nominal con un factor de cresta. Alternativamente, el valor medible máximo especifica el rango en el segundo enfoque. En este punto, surge el debate:
¿Definición de rangos de medición basada en picos o RMS?
¿Qué técnica es mejor y cómo afecta a la precisión general?
Los instrumentos analógicos se relacionan con el componente DC o RMS de una señal para mostrar el valor verdadero. Debido a algunas características analógicas del principio de funcionamiento (por ejemplo, saturación, no linealidades de los componentes) de estos instrumentos, podría suceder que las señales con un valor máximo mucho más alto que el valor RMS pudieran sufrir truncamiento. Por lo tanto, esos instrumentos debían especificarse con un factor de cresta máximo permitido (relación entre la amplitud máxima de una forma de onda y su valor RMS) para el cual se podía garantizar una lectura dentro de la especificación. Sin embargo, no había un límite concreto para el valor máximo medible máximo. Por lo tanto, el rango utilizado para los cálculos de errores fue el rango RMS para señales sinusoidales.
Sin embargo, los analizadores de potencia digitales modernos procesan señales muestreadas y, por lo tanto, utilizan convertidores analógico-digitales (ADC) en sus rutas de medición. El rango de medición ahora se define como el valor más grande que un ADC es capaz de muestrear. El RMS puede ser tan grande como este valor más grande (por ejemplo, en el caso de DC) o también significativamente menor (por ejemplo, en el caso de la corriente de entrada). Debido a esta razón, el único valor de rango para un cálculo de error significativo, que podría legitimarse físicamente, es el valor máximo, por lo tanto, el rango del ADC.
Para una mejor comprensión de lo anterior, consideremos dos señales diferentes con el mismo valor RMS: una señal sinusoidal pura con un factor de cresta de aproximadamente √2 ≈ 1.414 y una señal altamente distorsionada con un factor de cresta más alto como se ilustra en la Figura
En general, un analizador de potencia con rango automático basado en valores RMS establecerá un rango de medición que acepte un valor máximo de 1,44 veces el valor RMS, donde se capturará toda la forma de onda en la medición, dado que la señal es sinusoidal o tiene un factor de cresta inferior a 1,414.
Por el contrario, en caso de que la señal tenga un factor de cresta superior a 1.414, dará lugar a fenómenos de “recorte”, ya que el valor máximo de la forma de onda excederá la capacidad máxima del rango de medición.
Algunos fabricantes que basan su especificación en el rango RMS opcionalmente proporcionan la elección de un factor de cresta predeterminado del instrumento (generalmente 3 o 6) para reducir la posibilidad de medir incorrectamente debido al recorte del rango de medición. Sin embargo, se prevé que las señales altamente distorsionadas procedentes de aplicaciones modernas de electrónica de potencia tengan valores máximos que excedan un factor de cresta seleccionado predefinido.
En general, no tiene sentido especificar un rango de medición RMS con respecto a los cálculos de error para instrumentos de medición modernos con muestreo ADC. Debido a esto, y para proporcionar al usuario una especificación confiable y significativa, ZES ZIMMER establece el valor máximo relevante y apropiado, desde un punto de vista técnico, de un rango de medición, ya que representa el verdadero límite superior del ADC
Factor de potencia
Otro parámetro importante a considerar al calcular la precisión de su medición de potencia es el factor de potencia (PF). Puede pensar que su impacto en la precisión de medición es casi insignificante. De hecho, esto puede tener un impacto perjudicial en la precisión de su medición de potencia y debe tenerse en cuenta sin excepción.
La mayoría de los fabricantes proporcionan especificaciones de precisión “superiores” asumiendo un factor de potencia igual a uno, mientras que eligen agregar letra pequeña relevante para PF cuando se trata de aplicaciones con factores de potencia de la vida real <1. Esta es una práctica común y, por lo tanto, el usuario interesado debe conocerla. La Figura muestra el error de medición de potencia creciente al considerar la influencia del factor de potencia.
ZES ZIMMER proporciona las especificaciones de precisión para un rango PF de 0 a 1 e independiente de cualquier asterisco adicional en la parte inferior de la página, lo que innegablemente afectaría la precisión total. Claro y directo al grano, sin riesgo de trampas ocultas.
Intervalos de calibración
Cualquier equipo de medición debe calibrarse regularmente a intervalos especificados por el fabricante. Esto garantiza resultados de medición válidos para una precisión dada. Si las desviaciones detectadas durante el proceso de calibración están fuera de la especificación, es aconsejable ajustar el instrumento para corregir estas desviaciones a una utilización mínima de las tolerancias especificadas.
Al decidir cuánto tiempo debe durar un intervalo de calibración, es de vital importancia considerar el costo de las calibraciones frecuentes y, por supuesto, el tiempo de inactividad causado por el servicio. Los fabricantes recomiendan diferentes intervalos de recalibración, y si se requieren ajustes con frecuencia, esto genera sospechas con respecto a la confiabilidad del instrumento.
| ZES ZIMMER | Fabricante X | Fabricante Y |
|
12 meses |
6 meses
12 meses: precisión de lectura 1,5 veces |
No hay referencia, pero se recomienda una calibración anual |
Tabla 1: Período de garantía para precisiones especificadas
Para comparar manzanas con manzanas al juzgar las especificaciones, particularmente la precisión, las condiciones deben coincidir. Por lo tanto, al igual que con el escenario anterior, esto significa considerar períodos de garantía de precisión iguales, respectivamente intervalos de calibración, para tener un contraste válido y significativo. La Tabla señala las condiciones típicas y las diferencias que se pueden encontrar en las especificaciones de la mayoría de los analizadores de potencia modernos.
Índice de rechazo de modo común (CMRR)
CMRR es una métrica utilizada para cuantificar la capacidad de un dispositivo para rechazar la señal común a las entradas positivas y negativas del dispositivo, lo que influye en la precisión de la medición. Un analizador de potencia ideal teóricamente tendría CMRR infinito que prácticamente no se puede lograr debido a limitaciones de material y diseño. Como resultado, la parte no rechazada del modo común se suma a la carga detectada y afecta la precisión total. Cuanto mayor sea el CMRR, menor será la influencia en la precisión.
Consideremos una aplicación como un inversor que alimenta un motor trifásico como se muestra en la Figura. En este tipo de configuraciones, las corrientes de fuga no deseadas son causadas por el pulso del inversor. Ocurren principalmente cuando las estructuras capacitivas en la salida del inversor se recargan debido al pulso. Estas corrientes se generan en los cables del motor y el aislamiento del motor y, a su vez, causan ruido, que en consecuencia se superpone sobre las entradas de medición del analizador de potencia, afectando así la precisión.
Supongamos que tenemos una aplicación con una señal de entrada sinusoidal de 100 V a 50 Hz contra tierra. En referencia a la relación de rechazo de modo común (CMRR) especificada por la entrada de medición, queremos calcular la influencia del voltaje de modo común de los analizadores de potencia de diferentes fabricantes, X e Y. Ambos difieren en su enfoque y especificación.
| Especificación | Fabricante X | Fabricante Y |
| CMRR a condición de 50Hz | 120 dB
100 Vrms a 50Hz de voltaje de modo común aplicado entre entradas de medición en cortocircuito y PE |
50/60 Hz: ±0,01% del rango o menos
1000 Vrms aplicados a la medición de entrada Entradas de voltaje en cortocircuito |
| Resultado | 0,1 mV de influencia 0,0001 % de influencia relacionada | ±0,001% * 300 V = 30 mV* abs. influencia
0.03% de influencia relevante |
*Fórmula escalada linealmente de 1000V a 300V rango aplicable debido a CF=3 relacionados con la técnica de rangos de medición RMS por fabricante Y
Tabla Influencias calculadas de voltaje de modo común en la medición de voltaje
Cuando se trata de comparar la influencia de voltaje absoluto de modo común de 0.1 mV del fabricante X con los 30 mV del fabricante Y, se concluye que el fabricante X es 300 veces más preciso. La Tabla muestra el CMRR de las entradas de medición LMG671 del analizador de potencia ZIMMER de ZES. Los detalles se pueden tomar del manual.
| Modo común
frecuencia |
Señal-
filtro |
Entrada de voltaje (+)
Rango de 3 V |
Entrada de voltaje (+)
Rango de 1000 V |
Entrada de corriente (+)
Rango de 5 mA |
Entrada de corriente (+)
Rango de 32 A |
| 53 Hz | 15 kHz | > 120 dB | > 120 dB | > 160 dB | > 150 dB |
| 53 Hz | apagado | > 120 dB | > 120 dB | > 160 dB | > 150 dB |
| 100 kHz | 15 kHz | > 120 dB | > 120 dB | > 160 dB | > 150 dB |
| 100 kHz | apagado | > 75 dB | > 75 dB | > 100 dB | > 150 dB |
Tabla 3: Especificación CMRR de las entradas de medición LMG671 de ZES ZIMMER
Filtros
Otro factor a tener en cuenta cuando se trata de especificaciones de precisión es la configuración del filtro. En particular, algunos fabricantes en su intento de minimizar el ruido y el aliasing (especialmente la medición de armónicos) utilizan filtros de línea de filtro antialiasing (AAF) respectivamente. La precisión dada por algunos fabricantes depende en gran medida de la elección de la frecuencia de corte de estos filtros, pero no se señalan obviamente ni se especifican de manera significativa.
Algunos fabricantes especifican la influencia de un filtro en el valor medido con una tolerancia ±, con filtros de paso bajo atenuando la amplitud de la señal en lugar de amplificarla. La especificación es cuestionable o puede basarse en una propiedad de filtro menos buena. Dependiendo de las características y el orden del filtro, la atenuación es más fuerte o más débil dependiendo de la frecuencia de la esquina.
Correcto o mejor sería especificar explícitamente la atenuación del filtro como un error sistemático y, además, especificar la incertidumbre de la atenuación. Dado que esto permitirá al usuario calcular explícitamente el error del filtro, los analizadores de potencia ZIMMER ZIMMER de la serie LMG proporcionan una especificación detallada del error del filtro de conjunto que, además, tiene una influencia comparativamente baja, como se muestra en la Tabla
| Especificación | ZES ZIMMER
Canal A LMG671 |
Fabricante X |
| Filtro | Filtro antialiasing de paso bajo de señal Bessel 7º orden, 145kHz | Línea filtro paso bajo Bessel 5º orden, 1Mhz |
|
Influencia del filtro a 1kW Ufund = 500Hz sinusoidal |
U/I: – (0,0004% ± 50 · 10-6) de lectura P: – 0,0107997% (peor de los casos) de lectura
– 0,107997 W |
U/I: ± (20 × f/1Mhz) % de lectura P: ± (40 × f/1Mhz) % de lectura
± 0,2 W |
Comparación de la influencia del filtro ZES ZIMMER LMG67 1
Temperatura
La temperatura obviamente tiene un impacto en la precisión de la medición, y las condiciones ambientales en la vida real no siempre se controlan tan fácilmente como en una configuración de laboratorio. Los climas cálidos y la ventilación insuficiente pueden causar problemas considerables. Para cuantificar la influencia de la temperatura en la precisión, los fabricantes suelen proporcionar un coeficiente de temperatura para ser utilizado en una fórmula basada en una dependencia lineal. Sin embargo, esta dependencia solo es válida dentro de un rango de temperatura limitado, fuera del cual el impacto puede cambiar dramáticamente para peor. Por lo tanto, cuanto mayor sea este rango de temperatura lineal, más fácil será llevar a cabo nuestras mediciones confiables y estables en condiciones realistas.
ZES ZIMMER garantiza sus especificaciones de precisión para una temperatura ambiente de (23±3) °C cuando no se producen efectos adicionales de calentamiento o refrigeración (por ejemplo, por la luz solar o la corriente de aire). El efecto de la temperatura está en:
± (0,01 % de la lectura)/ K en el rango de 5 °C … 20 °C y 26 °C … 40 °C
La figura ilustra la desviación de la precisión estándar para un rango de temperatura de 5 °C a 40 °C.
Desviación de la precisión estándar frente a la temperatura ambiental para la serie LMG600
Tiempo de ciclo (o tasa de actualización de datos)
Algunos fabricantes agregan un error adicional a la precisión para diferentes tiempos de ciclo (también se puede usar el término tasa de actualización de datos), que es básicamente el ciclo de intervalo de medición como se ilustra en la figura respectivamente, el intervalo de integración de las lecturas.
Tiempo de ciclo respectivamente el intervalo de medición
Por lo general, agregan un error adicional a la precisión en forma de “% de lectura” y esto debe tenerse en cuenta. Por otro lado, otros fabricantes proporcionan al usuario el beneficio de aplicar libremente cualquier tiempo de ciclo deseado, sin afectar adicionalmente la precisión especificada en absoluto.
Los analizadores de potencia de alta precisión de la serie LMG600 de ZES ZIMMER facilitan un ciclo de medición de 10 ms hasta 60 s, lo que garantiza una medición sin espacios sin el menor impacto en la precisión de medición.
