Liczniki energii elektrycznej są powszechne, ale czy zastanawiałeś się kiedyś, w jaki sposób „standardowe wyposażenie” używane do ich kalibracji przechodzi-kontrolę? W jaki sposób, zwłaszcza w kontekście powszechnego stosowania stacji doładowania o mocy- megawatów w pojazdach nowych pojazdów zasilanych energią, można uzyskać kalibrację pełnej-mocy licznika energii elektrycznej zużywającej 1000 kilowatogodzin-na godzinę?
Czy kalibracje liczników energii elektrycznej zawsze przeprowadza się na podstawie rzeczywistego obciążenia? W dziedzinie pomiaru energii elektrycznej sprytnie wykorzystujemy technologię „wirtualnego obciążenia”, aby rozwiązać ten problem.
Czy wszystkie kalibracje liczników energii elektrycznej wykonywane są przy rzeczywistym obciążeniu?
Wniosek: niekoniecznie.
Chociaż w zasadzie sterowanie rzeczywistym obciążeniem za pomocą licznika energii elektrycznej jest najbardziej intuicyjną metodą testowania, w praktyce, zwłaszcza w scenariuszach, w których wymagane są wysokie napięcie, duży prąd lub wysoka dokładność, „metoda wirtualnego obciążenia” jest głównym podejściem.
W przypadku wspomnianego powyżej megawatowego licznika energii elektrycznej typu Flash Flash do ładowania firmy UBS Electronics (1000 V/1000 A), jeśli wykonywana jest kalibracja przy rzeczywistym obciążeniu:
- Moc: P=U*I=1000V*1000A=1 000 000 W=1MW
-
Zużycie energii: Praca przy pełnym obciążeniu przez 1 godzinę faktycznie zużywa 1000 kWh energii elektrycznej i wymaga dużego układu chłodzenia.
Jest to wyjątkowo nieekonomiczne i trudne do wdrożenia w kalibracji laboratoryjnej lub terenowej. Dlatego też w przypadku mierników prądu przemiennego i stałego „metoda weryfikacji obciążenia wirtualnego” (znana również jako „metoda miernika standardowego” lub „metoda zasilania”) jest podstawowym sposobem rozwiązania problemu-weryfikacji dużej mocy.
Test obciążenia rzeczywistego a test obciążenia wirtualnego: jakie są różnice?
Obie metody można porównać do „ważenia się”:
- Test rzeczywistego obciążenia: jest to równoznaczne z użyciem standardowego ciężarka o znanej wadze (rzeczywistego obciążenia fizycznego) do naciśnięcia wagi (licznika energii elektrycznej) w celu sprawdzenia, czy waga jest dokładna.
- Wirtualny test obciążenia: jest to równoznaczne z symulacją „fałszywego” sygnału obciążenia przez obwód, informującego licznik energii elektrycznej, że „prąd jest obecnie zużywany”, ale w rzeczywistości zużywa się go niewiele.
Metoda weryfikacji rzeczywistego obciążenia
Metoda ta wykorzystuje rzeczywiste elementy fizyczne (takie jak rezystory, cewki indukcyjne i kondensatory) jako obciążenie:
1. Zasada: Standardowy licznik energii i testowany licznik energii są połączone szeregowo w tym samym rzeczywistym obwodzie obciążenia, co pozwala im pracować przy tym samym napięciu i prądzie. Następnie porównuje się różnice w ich odczytach.
2. Scenariusze zastosowań: Stosowane głównie do prostej-weryfikacji na miejscu, testowania starszych-indukcyjnych liczników energii lub w małych laboratoriach, w których brakuje-precyzyjnych programowalnych zasilaczy.
Metoda weryfikacji obciążenia wirtualnego
Jest to główna metoda weryfikacji nowoczesnych liczników energii elektrycznej, zwłaszcza liczników elektronicznych i liczników energii elektrycznej prądu stałego:
1. Zasada: Wykorzystując programowalne źródło zasilania, napięcie i prąd są dostarczane niezależnie. Pętle napięciowe i prądowe są fizycznie oddzielone (pętla napięciowa ma wyjątkowo niski prąd, a pętla prądowa ma wyjątkowo niskie napięcie). Precyzyjne układy elektroniczne symulują różne warunki pracy wymagane do normalnej pracy licznika energii elektrycznej (takie jak różne współczynniki mocy i różne przekładnie prądowe).
2. Scenariusze zastosowań: Prawie wszystkie laboratoryjne-weryfikacja wydajności, inspekcja fabryczna i-wysoka precyzja kalibracji na miejscu.
Dokładne-porównanie zalet i wad obu metod weryfikacji
Dla jasnego porównania sporządzono poniższą tabelę:
| Wymiar porównawczy | Metoda kalibracji rzeczywistego-obciążenia | Wirtualna-metoda kalibracji obciążenia |
|---|---|---|
| Zużycie energii | Niezwykle wysoki. Wymaga przekształcenia energii elektrycznej w energię cieplną lub mechaniczną, która-jest energochłonna i powoduje wytwarzanie znacznego ciepła. | Niezwykle niski. Zużywa jedynie niewielką moc samego urządzenia,-energooszczędnego i-przyjaznego dla środowiska. |
| Rozmiar sprzętu | Masywny i ciężki. Wysoki prąd wymaga ogromnego banku obciążenia (podobnego do gigantycznego pieca elektrycznego). | Kompaktowy i lekki. Złożony głównie z elementów elektronicznych, łatwy do przekształcenia w formę przenośną. |
| Dokładność testu | Stosunkowo niski. Duży wpływ na starzenie się komponentów obciążenia i dryf temperatury, trudne do regulacji. | Niezwykle wysoki. Osiągalna dokładność 0,05% lub wyższa przy dobrej liniowości. |
| Pokrycie zasięgu | Ograniczony. Trudno dokładnie symulować małe prądy (np. prąd rozruchowy) lub ekstremalne przeciążenia. | Pełny zakres-. Z łatwością pokrywa cały zakres od prądu rozruchowego (0,4% Ib) do prądu maksymalnego. |
| Bezpieczeństwo | Stosunkowo niski. Wysokie ryzyko nagrzania i zwarcia przy dużym natężeniu prądu, stwarzające zagrożenie dla bezpieczeństwa. | Stosunkowo wysoki. Izolowane obwody sterujące i zasilające z pełnymi mechanizmami zabezpieczającymi. |
Wyjaśnienie podstawowych zalet:
Dlaczego metoda wirtualnego ładowania jest dokładniejsza?
W metodzie obciążenia rzeczywistego, jeśli cewka prądowa ma rezystancję, nastąpi spadek napięcia, powodując zmianę napięcia na cewce napięciowej, wprowadzając w ten sposób „dodatkowe błędy”. W metodzie obciążenia wirtualnego pętle napięciowe i prądowe są niezależne i nie zakłócają się wzajemnie, dlatego nie ma takiego dodatkowego błędu, a wyniki pomiarów są bliższe teoretycznej wartości rzeczywistej.
Dlaczego metoda wirtualnego obciążenia może mierzyć moc na poziomie-megawatów?
Wirtualne urządzenie do kalibracji obciążenia (źródło standardowe) wewnętrznie wykorzystuje-tranzystory dużej mocy lub moduły IGBT do przekształcania prądu stałego na wymagany kształt fali prądu przemiennego lub bezpośredniego wykonywania precyzyjnego sterowania prądem stałym. W przeciwieństwie do metody obciążenia rzeczywistego, nie wymaga ona rozpraszania 1 MW energii elektrycznej w postaci ciepła; zamiast tego, poprzez sterowanie w-pętli zamkniętej, może symulować charakterystykę elektryczną 1 MW przy niewielkiej ilości energii elektrycznej.
Streszczenie
Wracając do pytania początkowego: Czy wszystkie weryfikacje liczników energii elektrycznej opierają się na rzeczywistym obciążeniu?
Nie. Z wyjątkiem konkretnych prostych-weryfikacji na miejscu lub testów na starszych licznikach, nowoczesne systemy pomiaru energii elektrycznej (zwłaszcza liczniki wysokiego-napięcia i-prądu doładowującego DC) prawie w 100% wykorzystują metodę weryfikacji obciążenia wirtualnego.
Chociaż rzeczywista metoda ładowania jest „realistyczna”, jest ograniczona zużyciem energii, rozmiarem i dokładnością i jest stopniowo wycofywana lub jest stosowana jedynie jako metoda pomocnicza.
Metoda wirtualnego obciążenia wykorzystuje zaawansowaną technologię elektroniczną, aby osiągnąć „mały silnik ciągnący duże obciążenie”, zapewniając dokładność krajowych norm metrologicznych, rozwiązując jednocześnie problem zużycia energii podczas weryfikacji stosu doładowania na poziomie megawatów.
Gdy następnym razem zobaczysz ten mały licznik energii elektrycznej na stacji ładowania, wiedz, że kryje się za nim „ekstremalny test warunków skrajnych”, który symuluje wszystkie warunki pracy przy użyciu-nowoczesnego sprzętu elektronicznego.