Οι μετρητές ηλεκτρικού ρεύματος είναι συνηθισμένοι, αλλά έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς υποβάλλεται ο «ελεγχόμενος-εξοπλισμός» που χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμησή τους; Ειδικά με την ευρεία υιοθέτηση-σταθμών υπερφόρτισης επιπέδου μεγαβάτ για νέα ενεργειακά οχήματα, πώς μπορεί να επιτευχθεί πλήρης-βαθμονόμηση ισχύος ενός μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας, που καταναλώνει 1000 κιλοβατώρες-ώρες ανά ώρα;
Οι βαθμονομήσεις των μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας εκτελούνται πάντα με βάση το πραγματικό φορτίο; Στον τομέα της μέτρησης ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιούμε έξυπνα την τεχνολογία «εικονικού φορτίου» για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα.
Γίνονται όλες οι βαθμονομήσεις μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας με πραγματικό φορτίο;
Συμπέρασμα: Όχι απαραίτητα.
Ενώ κατ' αρχήν, η οδήγηση πραγματικού φορτίου με τον μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας είναι η πιο διαισθητική μέθοδος δοκιμής, στην πράξη, ειδικά σε σενάρια με απαιτήσεις υψηλής τάσης, υψηλού ρεύματος ή υψηλής ακρίβειας, η "μέθοδος εικονικού φορτίου" είναι η κύρια προσέγγιση.
Για τον μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας φλας φόρτισης UBS Electronics μεγαβάτ (1000V/1000A) που αναφέρεται παραπάνω, εάν εκτελεστεί βαθμονόμηση πραγματικού φορτίου:
- Ισχύς: P=U*I=1000V*1000A=1,000,000W=1MW
-
Κατανάλωση ενέργειας: Η λειτουργία με πλήρες φορτίο για 1 ώρα καταναλώνει όντως 1000 kWh ηλεκτρικής ενέργειας και απαιτεί μεγάλο 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 επαλήθευσης εικονικού φορτίου" (γνωστή και ως "τυπική μέθοδος μετρητή" ή "μέθοδος παροχής ρεύματος") είναι το βασικό μέσο για την επίλυση του προβλήματος της επαλήθευσης υψηλής- ισχύος.
Δοκιμή πραγματικού φορτίου έναντι δοκιμής εικονικού φορτίου: Ποιες είναι οι διαφορές;
Οι δύο μέθοδοι μπορούν να συγκριθούν με το "ζυγισμό":
- Δοκιμή πραγματικού φορτίου: Αυτό ισοδυναμεί με τη χρήση ενός τυπικού βάρους γνωστού βάρους (το πραγματικό φυσικό φορτίο) για να πιέσετε τη ζυγαριά (μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας) για να δείτε εάν η ζυγαριά είναι ακριβής.
- Δοκιμή εικονικού φορτίου: Αυτό ισοδυναμεί με την προσομοίωση ενός «ψευδούς» σήματος φορτίου μέσω του κυκλώματος, που λέει στον μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας ότι «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:
1. Αρχή: Ένας τυπικός μετρητής ενέργειας και ο μετρητής ενέργειας υπό δοκιμή συνδέονται σε σειρά στο ίδιο κύκλωμα πραγματικού φορτίου, επιτρέποντάς τους να λειτουργούν υπό την ίδια τάση και ρεύμα. Στη συνέχεια συγκρίνονται οι διαφορές στις αναγνώσεις τους.
2. Σενάρια εφαρμογής: Χρησιμοποιείται κυρίως για απλή-επιτόπια επαλήθευση, δοκιμή παλαιότερων μετρητών ενέργειας επαγωγής- ή σε μικρά εργαστήρια που δεν διαθέτουν προγραμματιζόμενα τροφοδοτικά υψηλής ακρίβειας-.
Μέθοδος επαλήθευσης εικονικού φορτίου
Αυτή είναι η κύρια μέθοδος για τη σύγχρονη επαλήθευση μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας, ειδικά για ηλεκτρονικούς μετρητές και μετρητές συνεχούς ρεύματος:
1. Αρχή: Χρησιμοποιώντας μια προγραμματιζόμενη πηγή ισχύος, η τάση και το ρεύμα παρέχονται ανεξάρτητα. Οι βρόχοι τάσης και ρεύματος είναι φυσικά ξεχωριστοί (ο βρόχος τάσης έχει εξαιρετικά χαμηλό ρεύμα και ο βρόχος ρεύματος έχει εξαιρετικά χαμηλή τάση). Τα ακριβή ηλεκτρονικά κυκλώματα προσομοιώνουν διάφορες συνθήκες λειτουργίας που απαιτούνται για την κανονική λειτουργία του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας (όπως διαφορετικοί συντελεστές ισχύος και διαφορετικοί λόγοι ρεύματος).
2. Σενάρια εφαρμογής: Σχεδόν όλα τα εργαστηριακά πλήρη-επαλήθευση απόδοσης, εργοστασιακή επιθεώρηση και υψηλής{2}}ακρίβειας-βαθμονόμησης τοποθεσίας.
Σύγκριση σε βάθος-των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων των δύο μεθόδων επαλήθευσης
Για μια σαφή σύγκριση, έχει καταρτιστεί ο ακόλουθος πίνακας:
| Διάσταση σύγκρισης | Πραγματική-Μέθοδος βαθμονόμησης φορτίου | Εικονική-Μέθοδος βαθμονόμησης φορτίου |
|---|---|---|
| Κατανάλωση Ενέργειας | Εξαιρετικά ψηλά. Απαιτεί τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμική ή μηχανική ενέργεια, η οποία είναι-εντατική και προκαλεί σοβαρή παραγωγή θερμότητας. | Εξαιρετικά χαμηλό. Καταναλώνει μόνο τη μικρή ισχύ της ίδιας της συσκευής, ενεργειακά-αποτελεσματική και φιλική προς το περιβάλλον-. |
| Μέγεθος Εξοπλισμού | Ογκώδες και βαρύ. Το υψηλό ρεύμα απαιτεί μια τεράστια τράπεζα φορτίου (παρόμοια με έναν τεράστιο ηλεκτρικό φούρνο). | Συμπαγές και ελαφρύ. Αποτελείται κυρίως από ηλεκτρονικά εξαρτήματα, εύκολο να γίνει σε φορητή μορφή. |
| Ακρίβεια δοκιμής | Σχετικά χαμηλά. Επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη γήρανση του εξαρτήματος φορτίου και τη μετατόπιση της θερμοκρασίας, δύσκολο να προσαρμοστεί. | Εξαιρετικά ψηλά. Επιτεύξιμη ακρίβεια 0,05% ή μεγαλύτερη με καλή γραμμικότητα. |
| Κάλυψη εύρους | Περιωρισμένος. Δύσκολη η ακριβής προσομοίωση μικρών ρευμάτων (π.χ. ρεύμα εκκίνησης) ή ακραίων υπερφορτώσεων. | Πλήρες-εύρος. Καλύπτει εύκολα όλο το εύρος από το ρεύμα εκκίνησης (0,4% Ib) έως το μέγιστο ρεύμα. |
| Ασφάλεια | Σχετικά χαμηλά. Υψηλός κίνδυνος θέρμανσης και βραχυκυκλωμάτων υπό υψηλό ρεύμα, που θέτουν κινδύνους για την ασφάλεια. | Σχετικά ψηλά. Μεμονωμένα κυκλώματα ελέγχου και ισχύος με ολοκληρωμένους μηχανισμούς προστασίας. |
Εξηγούνται βασικά πλεονεκτήματα:
Γιατί η μέθοδος εικονικής φόρτωσης είναι πιο ακριβής;
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, οι βρόχοι τάσης και ρεύματος είναι ανεξάρτητοι και δεν παρεμβαίνουν μεταξύ τους, επομένως δεν υπάρχει τέτοιο πρόσθετο σφάλμα και τα αποτελέσματα της μέτρησης είναι πιο κοντά στη θεωρητική πραγματική τιμή.
Γιατί η μέθοδος εικονικού φορτίου μπορεί να μετρήσει το επίπεδο ισχύος μεγαβάτ-;
Η συσκευή βαθμονόμησης εικονικού φορτίου (τυπική πηγή) εσωτερικά χρησιμοποιεί τρανζίστορ-υψηλής ισχύος ή μονάδες IGBT για να αναστρέφει την ισχύ DC στην απαιτούμενη κυματομορφή εναλλασσόμενου ρεύματος ή να εκτελεί απευθείας ακριβή έλεγχο 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 1MW με μικρή μόνο ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας.
Περίληψη
Επιστρέφοντας στην αρχική ερώτηση: Όλες οι επαληθεύσεις μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας βασίζονται στο πραγματικό φορτίο;
Όχι. Εκτός από συγκεκριμένες απλές-επιτόπιες επαληθεύσεις ή δοκιμές σε παλαιότερους μετρητές, οι σύγχρονοι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας (ιδιαίτερα μετρητές υπερφόρτισης υψηλής-τάσης, υψηλής-ρεύματος DC) σχεδόν 100% χρησιμοποιούν τη μέθοδο επαλήθευσης εικονικού φορτίου.
Ενώ η πραγματική μέθοδος φόρτισης είναι «ρεαλιστική», περιορίζεται από την κατανάλωση ενέργειας, το μέγεθος και την ακρίβεια και έχει σταδιακά καταργηθεί ή χρησιμοποιείται μόνο ως βοηθητική μέθοδος.
Η μέθοδος εικονικού φορτίου χρησιμοποιεί προηγμένη ηλεκτρονική τεχνολογία για την επίτευξη "μικρού κινητήρα που τραβάει μεγάλο φορτίο", διασφαλίζοντας την ακρίβεια των εθνικών μετρολογικών προτύπων επιλύοντας παράλληλα το πρόβλημα κατανάλωσης ενέργειας της επαλήθευσης πασσάλων υπερτροφοδότησης{0}}μεγαβάτ.
Την επόμενη φορά που θα δείτε αυτόν τον μικρό μετρητή ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν σταθμό φόρτισης, να ξέρετε ότι πίσω του κρύβεται ένα "ακραίο stress test" που προσομοιώνει όλες τις συνθήκες λειτουργίας χρησιμοποιώντας-ηλεκτρονικό εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας.