HIOKI 將高頻電力校正的精度與頻率範圍提升至以往的10倍

概要

開發出用於評估功率分析儀高頻電力測量精度的全新測量標準。

透過獨特的熱量計方法，在有效電力校正中，於200 kHz達成皮相電力的0.006%、於1 MHz達成0.014%的不確定度。

本研究成果已刊登於電機計測領域的國際學術期刊「IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement」。(※1)

中央:獨自開發的「熱量計」,左右:待校正的功率分析儀與電流感測器

(※1) M. Nakamura, "Calibration of Phase Error for a Wideband Precision Power Analyzer Using the Calorimetric Phase Standard," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 75, pp. 1-10, 2026, Art no. 1003610, doi: 10.1109/TIM.2026.3687333.

HIOKI(日置電機股份有限公司:長野縣上田市，代表取締役社長:岡澤尊宏)為了解決高頻電力校正(※2)長期以來精度不足的課題，開發了用於功率計誤差校正基準的新測量標準。此測量標準與包含國家計量標準機構所使用方法在內的傳統技術相比，實現了約10倍的高校正確度。

本技術利用電力損失以熱量形式呈現的物理原理。本公司新開發的熱量計方法，能夠檢測到輸入皮相電力0.01%以下的微小發熱，且幾乎不受動作頻率的影響。

在傳統的電氣校正方法中，隨著頻率升高，校正不確定度(※3)會降低。另一方面，熱量測量不易受頻率影響。本公司開發的新型熱量計校正方法，透過持續補償周圍溫度變動與外部熱量輸入，實現了200 kHz時皮相電力0.006%、1 MHz時0.014%的極小不確定度。在200 kHz等高頻率下，即使是現有的國家標準級校正方法，其不確定度也為0.05%,相較之下精度高出約10倍。

此不確定度相當於150 VA皮相電力下的約9 mW,僅相當於電容器的消耗功率般微小的數值。因此，即使在效率改善的現場，也能提供高可靠性的測量結果。

不確定度越小，測量結果的可靠性越高。

(※2) 儀器校正，是指使用某個基準測量標準，測量該儀器的基準誤差的行為。

(※3) 不確定度，是指表示測量值可能出現的變異或誤差程度的指標。不確定度越小，表示測量結果的可靠性越高。

引用自研究論文:新開發的熱量計機制(左)與熱量計內部結構(右)

此外，利用本測量標準對HIOKI的功率分析儀PW8001與電流感測器CT6904A的組合進行有效電力測量誤差校正的結果，確認了200 kHz以下的誤差在皮相電力的0.04%以下。這是傳統測量標準難以充分驗證的高精度領域。

利用熱量計，校正了功率分析儀PW8001與電流感測器CT6904A組合的誤差。圖中的點為校正值，長條圖表示不確定度。紅色虛線為傳統國家機構(NMI)的不確定度範例。由於開發方法的不確定度較小，因此能偵測到傳統方法難以偵測到的微小誤差。

致力於高精度電力測量

本次成果，是在電動車馬達、太陽能發電設備的功率調節器、風力發電、資料中心電源等，控制能量流的電力電子技術朝向更高切換頻率與更小能量損失演進的背景下實現的。隨著設備效率的提升，工程師需要測量的損失也越來越小。因此，在更寬廣的頻率範圍內以更高精度校正測量儀器的需求日益增加，需要比待校正測量儀器更精確的測量標準。

本公司計畫將此測量標準作為支撐寬頻電力測量精度的基礎技術加以運用。此外，未來也計畫透過本技術展開校正服務，並進一步提升測量技術的先進性，為電力電子領域的電動車、再生能源、資料中心、產業用電源等提供高效率化與可靠性提升的貢獻。

在全球電力電子市場擴大，且能源法規日益嚴格導致效率要求提高之際，能夠以可追溯的精度驗證高頻性能的能力，將為客戶的產品開發帶來巨大的競爭優勢。

本公司認為的評估標準為電力電子領域帶來的貢獻

本公司不僅提供高精度測量儀器，同時也致力於提升支撐測量結果可靠性的測量標準。透過可靠的測量，為電力電子領域的創新與永續社會的實現做出貢獻。

論文資訊

論文標題: Calibration of Phase Error for a Wideband Precision Power Analyzer Using the Calorimetric Phase Standard

作者: Miyuki Nakamura

刊登處: IEEE Transactions On Instrumentation and Measurement

DOI: 10.1109/TIM.2026.3687333

論文網址: https://ieeexplore.ieee.org/document/11494752

(本論文採用創用CC BY授權。本新聞稿內容為部分修改本論文內容後使用)

連結

技術筆記

運用熱量計進行寬頻低功率因數電力校正技術

(閱覽及下載需登入my HIOKI)

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