Leistungsmesstechnik Ein Gerät: Yokogawa bündelt Leistungs- und Motoranalyse im WT1500

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Mit dem WT1500 bringt Yokogawa einen Leistungsanalysator auf den Markt, der zwei Welten vereint: Hochspannung bis 2.000 Volt und hochfrequente Schaltflanken bis 1 MHz. Der Fokus liegt dabei nicht auf Rekordwerten, sondern auf dem, was Entwickler in Elektromobilität und Leistungselektronik tatsächlich brauchen.

Energie ist der Wachstumsmarkt schlechthin. Rund 28.200 Terawattstunden (TWh) verbrauchte die Welt im Jahr 2025; bis 2030 rechnet die Internationale Energieagentur (IEA) mit über 33.600 TWh. Treiber sind die Elektrifizierung von Mobilität und Wärmesektor, die zunehmende Digitalisierung sowie der steigende Kühlbedarf vor allem in Rechenzentren. Wer in diesem Markt Antriebe, Wechselrichter oder Batteriesysteme entwickelt, steht vor zwei grundsätzlichen Herausforderungen: Die Spannungen steigen, und die Schaltflanken werden immer steiler.

Yokogawa Test & Measurement hat auf diesen Trend mit einem neuen Präzisions-Leistungsanalysator reagiert, den das Unternehmen am 22. Juli in München vorstellte. Der WT1500 ist kein Nachfolger des Flaggschiffs WT5000, sondern ein eigenständiges Gerät mit klarem Fokus: maximale Flexibilität bei minimalem Platzbedarf. Mit zwei Höheneinheiten (88 mm) im 19-Zoll-Rack und nur rund 45 Sekunden Boot-Zeit passt er in Prüfstände, in denen bisher mehrere Geräte nötig waren.

Zwei Messwelten, ein Gerät

Das Herzstück des WT1500 sind seine vier Steckplätze für Leistungselemente. Der Anwender bestückt sie je nach Anwendung mit einem von zwei Elementtypen: Das High-Voltage-Element (HV) misst Spannungen bis 2.000 V_DC und 1.500 V_AC direkt und ganz ohne externen Spannungsteiler. Für Entwickler von Solar-Wechselrichtern, Energiespeichersystemen (ESS) oder Leistungsumrichtern (PCS) entfällt damit eine klassische Fehlerquelle: Jeder externe Teiler bringt zusätzliche Messunsicherheit und Verdrahtungsaufwand in die Messkette. Die Wirkleistung erfasst das HV-Element bis 100 kHz, die Strombandbreite reicht bis 2 MHz.

Das Wide-Bandwidth-Element (WB) ist für die andere Seite der Leistungselektronik gedacht: Es misst Wirkleistung bis 1 MHz, die Bandbreite für Spannung und Strom liegt bei je 2 MHz. Moderne EV-Antriebe und Inverter schalten mit steilen Flanken. Wer die dabei entstehenden hochfrequenten Signalanteile nicht präzise erfasst, misst am tatsächlichen Verhalten vorbei.

Ein Sensoreingang für alle Fälle

Jedes Leistungselement verfügt über einen neu entwickelten, dedizierten Sensoreingang mit integrierter Stromversorgung. Statt separater Anschlüsse für unterschiedliche Stromsensoren gibt es nur noch einen Eingang: Nullfluss-Stromwandler zur Messung von Primärströmen bis 2.000 A werden mit ±15 V versorgt, Stromzangen mit ±12 V. Ein externes Netzteil für die Sensorik ist nicht mehr nötig.

Andreas Maushammer, Produktmanager Leistungsmesstechnik bei Yokogawa Deutschland und verantwortlich für den WT1500, bringt die Philosophie auf den Punkt: „Wir haben zugehört. Kunden wollten weniger Kabel, weniger externe Komponenten, weniger Fehlerquellen. Also haben wir die Stromversorgung integriert.“

Motoranalyse ohne Umwege

Ein Novum in der WT-Serie ist die direkte Unterstützung von Resolver-Signalen. Resolver – die robusten Drehlagesensoren, die in praktisch jedem Industrie- und Traktionsmotor sitzen – konnten bisher nur über ein separates Interface ausgewertet werden. Der WT1500 liest sie direkt aus. Das Drehmomentsignal wird dabei weiterhin über einen eigenen Eingang (analog oder gepulst) erfasst.

Das spart nicht nur Hardware, sondern macht die Messdaten auch vergleichbar: Elektrische Leistung und mechanische Drehbewegung werden im selben Gerät erfasst. Das erfolgt zeitsynchron und ohne externe Signalaufbereitung. Bis zu vier Motorauswertungen sind parallel möglich. Das genügt, um einen elektrischen Allradantrieb mit nur einem WT1500 zu vermessen.

Präzision, die man garantieren kann

Der WT1500 tastet Spannung und Strom in jedem Leistungselement mit einem eigenen 16-Bit-A/D-Wandler bei 2,5 MS/s ab. Die garantierte Wirkleistungsgenauigkeit liegt bei ±(0,018 Prozent vom Messwert + 0,02 Prozent vom Effektivwert-Messbereich), also bestenfalls ±0,038 Prozent (DC, 50/60 Hz). Das ist laut Yokogawa die höchste DC-Messgenauigkeit der gesamten WT-Serie.

Bemerkenswert ist die Spezifikationsphilosophie: Anders als viele Wettbewerber gibt Yokogawa keine statistischen 95-Prozent-Vertrauensbereiche (k = 2) an, sondern garantiert die Genauigkeit über den vollen Vertrauensbereich. „Japaner sind konservativ“, sagt Maushammer. „Es wäre ein Gesichtsverlust, wenn die Werte nicht stimmen.“

Ein technisches Detail, das im Vortrag deutlich wurde: Der Frequenzfilter des WT1500 liegt parallel zum Signalpfad. Er beeinflusst nur die Nulldurchgangserkennung für die Periodendauer. Dabei bleibt das Messsignal selbst ungefiltert. Zudem sind ab Werk alle Filter deaktiviert; der Anwender entscheidet selbst, ob und in welchem Maß er filtert. Für EMV-Messungen an Schaltnetzteilen mit steilen Flanken ist das entscheidend.

Vom Einzelgerät zum Messsystem

Für komplexe Prüfaufgaben lassen sich bis zu fünf WT1500 über Lichtwellenleiter synchronisieren. Dieses besteht aus dem Master-Gerät und bis zu vier Sub-Units. Daraus ergeben sich 20 elektrische Leistungskanäle. Das Master-Gerät übernimmt die Konfiguration aller Sub-Units und konsolidiert die Messdaten. Die optische Übertragung ist robust gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen und erlaubt es, die Sub-Units direkt neben dem Prüfling zu platzieren.

Noch einen Schritt weiter geht die Integration des Precision Time Protocol (PTP, IEEE 1588): Mit einem Synchronisationsfehler von weniger als 150 Nanosekunden lassen sich WT1500-Daten zeitsynchron mit externer Hardware zusammenführen, etwa mit einer Temperaturerfassung oder einem Oszilloskop eines anderen Herstellers. Damit ist der WT1500 nicht auf Yokogawa-eigene Systeme beschränkt, sondern fügt sich in heterogene Prüfstandsumgebungen ein. (heh)

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