Οι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας είναι πολύ συνηθισμένοι, αλλά έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς δοκιμάζεται ο ίδιος ο «τυποποιημένος εξοπλισμός» που χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση αυτών των μετρητών; Ειδικά στο πλαίσιο της ευρείας υιοθέτησης των-υπερ{1}}σταθμών υπερταχείας φόρτισης μεγαβάτ για νέα ενεργειακά οχήματα, πώς μπορεί να πραγματοποιηθεί πλήρης-βαθμονόμηση ισχύος ενός μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας όταν καταναλώνει 1000 κιλοβάτ-ώρες ηλεκτρικής ενέργειας σε μία μόνο ώρα;
Οι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας ελέγχονται πάντα υπό πραγματικές συνθήκες φορτίου; Στον τομέα της μέτρησης ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιούμε έξυπνα την τεχνολογία «εικονικού φορτίου» για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα.
Γίνονται όλες οι επαληθεύσεις μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας με «πραγματικό» φορτίο;
Συμπέρασμα: Όχι απαραίτητα. Αν και, κατ' αρχήν, η οδήγηση του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας με πραγματικό φορτίο είναι η πιο απλή μέθοδος δοκιμής, στην πράξη, ειδικά σε σενάρια που αφορούν απαιτήσεις υψηλής τάσης, υψηλού ρεύματος ή υψηλής ακρίβειας, η "μέθοδος προσομοίωσης φορτίου" είναι η κύρια προσέγγιση.
Για τον παραπάνω ηλεκτρονικό μετρητή ενέργειας σταθμού ταχείας φόρτισης UBS-μεγαβάτ (1000V/1000A), εάν πραγματοποιηθεί δοκιμή πραγματικού-φόρτου:
• Ισχύς:P=U*I=1000V * 1000A=1,000,000W=1MW
• Κατανάλωση ενέργειας:Η λειτουργία με πλήρες φορτίο για μία ώρα θα καταναλώσει πράγματι 1000 κιλοβατώρες-ώρα ηλεκτρικής ενέργειας και θα απαιτούσε ένα τεράστιο σύστημα ψύξης.
Αυτό είναι εξαιρετικά αντιοικονομικό και δύσκολο να εφαρμοστεί σε εργαστηριακή ή επιτόπια βαθμονόμηση. Επομένως, τόσο για τους μετρητές εναλλασσόμενου ρεύματος όσο και για τους μετρητές συνεχούς ρεύματος, η "μέθοδος δοκιμής φανταστικού φορτίου" (γνωστή και ως "τυπική μέθοδος μετρητή" ή "μέθοδος πηγής ισχύος") είναι η βασική τεχνική για τη βαθμονόμηση υψηλής- ισχύος.
Δοκιμή πραγματικού φορτίου έναντι δοκιμής προσομοιωμένου φορτίου: Ποιες είναι οι διαφορές;
Οι δύο μέθοδοι μπορούν να συγκριθούν με το «ζύγισμα κάτι»:
• Δοκιμή πραγματικού φορτίου:Αυτό ισοδυναμεί με την τοποθέτηση ενός τυπικού βάρους γνωστής μάζας (πραγματικό φυσικό φορτίο) στη ζυγαριά (μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας) για να δούμε αν η ζυγαριά είναι ακριβής.
• Δοκιμή εικονικής φόρτωσης:Αυτό ισοδυναμεί με την προσομοίωση ενός «ψευδούς» σήματος φορτίου μέσω ενός κυκλώματος, το οποίο λέει στον μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας ότι «η ηλεκτρική ενέργεια καταναλώνεται αυτήν τη στιγμή», αλλά στην πραγματικότητα, δεν καταναλώνεται τόσο πολύ ηλεκτρική ενέργεια.
Μέθοδος επαλήθευσης πραγματικού φορτίου
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί πραγματικά φυσικά στοιχεία (όπως αντιστάσεις, επαγωγείς και πυκνωτές) ως φορτίο:
• Αρχή:Ένας τυπικός μετρητής ενέργειας και ο υπό δοκιμή μετρητής συνδέονται σε σειρά στο ίδιο κύκλωμα πραγματικού φορτίου, επιτρέποντάς τους να λειτουργούν υπό την ίδια τάση και ρεύμα. Στη συνέχεια συγκρίνεται η διαφορά στις αναγνώσεις τους.
• Σενάρια εφαρμογής:Χρησιμοποιείται κυρίως για απλή-επιτόπια επαλήθευση, δοκιμές παλαιότερων μετρητών ενέργειας επαγωγής- ή σε μικρά εργαστήρια χωρίς προγραμματιζόμενα τροφοδοτικά υψηλής ακρίβειας-.
Μέθοδος επαλήθευσης εικονικού φορτίου
Αυτή είναι η κύρια μέθοδος για τη σύγχρονη επαλήθευση μετρητών ενέργειας, ειδικά για ηλεκτρονικούς μετρητές ενέργειας και μετρητές ενέργειας συνεχούς ρεύματος:
• Αρχή:Χρησιμοποιείται μια προγραμματιζόμενη πηγή ισχύος για να παρέχει ανεξάρτητα τάση και ρεύμα. Το κύκλωμα τάσης και το κύκλωμα ρεύματος διαχωρίζονται φυσικά (το κύκλωμα τάσης έχει πολύ χαμηλό ρεύμα και το κύκλωμα ρεύματος έχει πολύ χαμηλή τάση). Τα ακριβή ηλεκτρονικά κυκλώματα προσομοιώνουν διάφορες συνθήκες λειτουργίας που απαιτούνται για την κανονική λειτουργία του μετρητή ενέργειας (όπως διαφορετικοί συντελεστές ισχύος και διαφορετικοί λόγοι ρεύματος).
• Σενάρια εφαρμογής:Σχεδόν όλο το εργαστήριο, πλήρης-επαλήθευση απόδοσης, εργοστασιακή επιθεώρηση και υψηλής{1}}ακρίβειας-βαθμονόμησης ιστότοπου.
Σύγκριση των δύο μεθόδων δοκιμής
| Διάσταση σύγκρισης | Μέθοδος βαθμονόμησης πραγματικού φορτίου | Μέθοδος βαθμονόμησης εικονικού φορτίου |
|---|---|---|
| Κατανάλωση Ενέργειας | Εξαιρετικά ψηλά. Απαιτεί τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα και μηχανική ενέργεια, η οποία καταναλώνει ενέργεια-και προκαλεί σοβαρή παραγωγή θερμότητας. | Εξαιρετικά χαμηλό. Καταναλώνει ελάχιστη ενέργεια από τον ίδιο τον εξοπλισμό, εξοικονομεί ενέργεια-και είναι φιλικό προς το περιβάλλον. |
| Όγκος Εξοπλισμού | Ογκώδες και βαρύ. Τα μεγάλα ρεύματα απαιτούν τεράστια κιβώτια φόρτωσης (παρόμοια με τους γιγάντιους ηλεκτρικούς φούρνους). | Συμπαγές και ελαφρύ. Αποτελείται κυρίως από ηλεκτρονικά εξαρτήματα, εύκολο να γίνει φορητό. |
| Ακρίβεια δοκιμής | Σχετικά χαμηλά. Επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη γήρανση του εξαρτήματος φορτίου και τη μετατόπιση της θερμοκρασίας, είναι δύσκολο να προσαρμοστεί. | Εξαιρετικά ψηλά. Μπορεί να φτάσει το 0,05% ή υψηλότερη ακρίβεια με καλή γραμμικότητα. |
| Κάλυψη εύρους | Περιωρισμένος. Δύσκολη η ακριβής προσομοίωση μικρών ρευμάτων (π.χ. ρεύμα εκκίνησης) ή ακραίων υπερφορτώσεων. | Πλήρης γκάμα. Μπορεί να καλύψει εύκολα όλο το εύρος από το ρεύμα εκκίνησης (0,4%Ib) έως το μέγιστο ρεύμα. |
| Ασφάλεια | Σχετικά χαμηλά. Υψηλό ρεύμα παραγωγής θερμότητας και κίνδυνοι βραχυκυκλώματος-Υπάρχουν, με πιθανούς κινδύνους για την ασφάλεια. | Σχετικά ψηλά. Το κύκλωμα ελέγχου και το κύκλωμα ισχύος είναι απομονωμένα, με ολοκληρωμένους μηχανισμούς προστασίας. |
1. Γιατί η μέθοδος εικονικής φόρτωσης προσφέρει μεγαλύτερη ακρίβεια;
Στη μέθοδο πραγματικού φορτίου, εάν το πηνίο ρεύματος έχει αντίσταση, θα συμβεί πτώση τάσης, προκαλώντας αλλαγή στην τάση στο πηνίο τάσης, εισάγοντας έτσι "πρόσθετα σφάλματα". Στη μέθοδο εικονικού φορτίου, το κύκλωμα τάσης και το κύκλωμα ρεύματος είναι ανεξάρτητα και δεν παρεμβάλλονται μεταξύ τους, επομένως δεν υπάρχει τέτοιο πρόσθετο σφάλμα και τα αποτελέσματα της μέτρησης είναι πιο κοντά στη θεωρητική πραγματική τιμή.
2.Γιατί η μέθοδος εικονικού φορτίου μπορεί να μετρήσει το επίπεδο ισχύος μεγαβάτ-;
Η συσκευή βαθμονόμησης εικονικού φορτίου (τυπική πηγή) χρησιμοποιεί εσωτερικά τρανζίστορ υψηλής ισχύος ή μονάδες IGBT για να αναστρέφει την ισχύ DC στην απαιτούμενη κυματομορφή εναλλασσόμενου ρεύματος ή για την εκτέλεση άμεσου ελέγχου ακριβείας DC. Σε αντίθεση με τη μέθοδο πραγματικού φορτίου, δεν χρειάζεται να διαχέει 1 MW ηλεκτρικής ενέργειας ως θερμότητα. Αντίθετα, μέσω ελέγχου κλειστού-βρόχου, μπορεί να προσομοιώσει τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του 1 MW με μικρή μόνο ποσότητα ενέργειας.
Περίληψη
Ας επιστρέψουμε στην αρχική ερώτηση: Οι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας ελέγχονται πάντα υπό πραγματικές συνθήκες φορτίου;
Όχι. Εκτός από συγκεκριμένους-απλοποιημένους επιτόπου ελέγχους ή δοκιμές παλαιότερων μετρητών, οι σύγχρονες μετρήσεις ηλεκτρικής ενέργειας (ειδικά για γρήγορους φορτιστές DC υψηλής-τάσης, υψηλού-ρεύματος) σχεδόν 100% χρησιμοποιούν τη μέθοδο δοκιμής προσομοιωμένου φορτίου.
Αν και η πραγματική μέθοδος φόρτισης είναι "ρεαλιστική", έχει σταδιακά καταργηθεί ή χρησιμοποιείται μόνο ως βοηθητική μέθοδος λόγω περιορισμών στην κατανάλωση ενέργειας, το μέγεθος και την ακρίβεια.
Η μέθοδος προσομοίωσης φορτίου χρησιμοποιεί προηγμένη ηλεκτρονική τεχνολογία για την επίτευξη "μικρού εξοπλισμού που χειρίζεται μεγάλα φορτία", διασφαλίζοντας την ακρίβεια των εθνικών μετρολογικών προτύπων, επιλύοντας παράλληλα το πρόβλημα κατανάλωσης ενέργειας της δοκιμής σταθμών γρήγορης φόρτισης σε επίπεδο μεγαβάτ-.
Την επόμενη φορά που θα δείτε αυτόν τον μικρό μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας σε έναν σταθμό φόρτισης, θυμηθείτε ότι πίσω του κρύβεται μια "δοκιμή πίεσης 극한" που καλύπτει όλες τις συνθήκες λειτουργίας, προσομοιωμένη από-ηλεκτρονικό εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας.
