Elektromery sú samozrejmosťou, ale zamysleli ste sa niekedy nad tým, ako „štandardné vybavenie“ používané na ich kalibráciu prechádza „kontrolou-kontrolou“? Ako je možné dosiahnuť úplnú-kalibráciu výkonu elektromera so spotrebou 1 000 kilowatthodín-hodín za hodinu, najmä pri rozšírení megawattových{1}}dobíjacích staníc pre nové energetické vozidlá?
Vykonávajú sa kalibrácie elektromerov vždy na základe skutočného zaťaženia? V oblasti merania elektriny šikovne využívame technológiu „virtuálnej záťaže“ na vyriešenie tohto problému.
Vykonávajú sa všetky kalibrácie elektromerov s reálnou záťažou?
Záver: Nie nevyhnutne.
Zatiaľ čo v princípe je riadenie skutočnej záťaže elektromerom najintuitívnejšou testovacou metódou, v praxi, najmä v scenároch s vysokým napätím, vysokým prúdom alebo vysokými požiadavkami na presnosť, je „metóda virtuálnej záťaže“ hlavným prístupom.
Pre megawattový bleskový nabíjací elektromer UBS Electronics (1000V/1000A) uvedený vyššie, ak sa vykoná kalibrácia skutočnej záťaže:
- Výkon: P=U*I=1000V*1000A=1,000,000W=1MW
-
Spotreba energie: Beh pri plnom zaťažení po dobu 1 hodiny skutočne spotrebuje 1000 kWh elektrickej energie a vyžaduje si veľký chladiaci systém.
Toto je extrémne neekonomické a ťažko realizovateľné pri laboratórnej alebo terénnej kalibrácii. Preto je pre merače striedavého aj jednosmerného prúdu „metóda overenia virtuálnej záťaže“ (známa aj ako „metóda štandardného merača“ alebo „metóda napájania“) základným prostriedkom na vyriešenie problému overenia-vysokého výkonu.
Test skutočného zaťaženia vs. test virtuálneho zaťaženia: Aké sú rozdiely?
Tieto dve metódy možno prirovnať k „váženiu sa“:
- Test skutočného zaťaženia: Je to ekvivalent použitia štandardného závažia so známou hmotnosťou (skutočné fyzické zaťaženie) na zatlačenie na váhu (elektromer), aby ste zistili, či je váha presná.
- Virtuálny záťažový test: Ide o ekvivalent simulácie „falošného“ záťažového signálu prostredníctvom obvodov, ktorý elektromeru oznámi, že „aktuálne sa spotrebúva elektrina“, ale v skutočnosti sa nespotrebúva toľko elektriny.
Metóda overenia skutočného zaťaženia
Táto metóda využíva skutočné fyzické komponenty (ako sú odpory, induktory a kondenzátory) ako záťaž:
1. Princíp: Štandardný elektromer a skúšaný elektromer sú zapojené do série v rovnakom aktuálnom zaťažovacom obvode, čo im umožňuje pracovať pri rovnakom napätí a prúde. Rozdiely v ich údajoch sa potom porovnajú.
2. Aplikačné scenáre: Používa sa predovšetkým na jednoduché{1}}overenie na mieste, testovanie starších meračov energie indukčného{2}}typu alebo v malých laboratóriách, ktorým chýbajú vysoko presné programovateľné napájacie zdroje-.
Metóda overenia virtuálneho zaťaženia
Toto je hlavná metóda overovania moderných elektromerov, najmä elektronických a jednosmerných elektromerov:
1. Princíp: Pomocou programovateľného zdroja energie sú napätie a prúd dodávané nezávisle. Napäťová a prúdová slučka sú fyzicky oddelené (napäťová slučka má extrémne nízky prúd a prúdová slučka má extrémne nízke napätie). Presné elektronické obvody simulujú rôzne prevádzkové podmienky potrebné pre normálnu prevádzku elektromera (ako sú rôzne účinníky a rôzne pomery prúdu).
2. Aplikačné scenáre: Takmer všetky laboratórne úplné-overenie výkonu, výrobná kontrola a vysoká{2}}kalibrácia-na mieste.
{0}Hĺbkové porovnanie výhod a nevýhod týchto dvoch spôsobov overenia
Pre prehľadné porovnanie bola zostavená nasledujúca tabuľka:
| Porovnávacia dimenzia | Skutočná{0}}metóda kalibrácie zaťaženia | Virtuálna-metóda kalibrácie zaťaženia |
|---|---|---|
| Spotreba energie | Mimoriadne vysoká. Vyžaduje premenu elektrickej energie na tepelnú alebo mechanickú energiu, ktorá je energeticky-náročná a spôsobuje silnú tvorbu tepla. | Mimoriadne nízka. Spotrebováva iba malú energiu samotného zariadenia, je energeticky-účinné a ekologické-. |
| Veľkosť zariadenia | Objemné a ťažké. Vysoký prúd si vyžaduje obrovskú záťažovú skupinu (podobnú obrovskej elektrickej peci). | Kompaktný a ľahký. Skladá sa hlavne z elektronických komponentov, ktoré sa dajú ľahko previesť do prenosnej podoby. |
| Presnosť testu | Relatívne nízka. Výrazne ovplyvnené starnutím komponentov záťaže a teplotným posunom, ťažko nastaviteľné. | Mimoriadne vysoká. Dosiahnuteľná presnosť 0,05 % alebo vyššia s dobrou linearitou. |
| Rozsah pokrytia | Obmedzené. Je ťažké presne simulovať malé prúdy (napr. štartovací prúd) alebo extrémne preťaženie. | Celý-rozsah. Ľahko pokrýva celý rozsah od štartovacieho prúdu (0,4% Ib) až po maximálny prúd. |
| Bezpečnosť | Relatívne nízka. Vysoké riziko prehriatia a skratu pod vysokým prúdom, čo predstavuje bezpečnostné riziko. | Relatívne vysoká. Izolované riadiace a silové obvody s kompletnými ochrannými mechanizmami. |
Vysvetlenie základných výhod:
Prečo je metóda virtuálneho zaťaženia presnejšia?
Pri metóde skutočného zaťaženia, ak má prúdová cievka odpor, dôjde k poklesu napätia, čo spôsobí zmenu napätia na napäťovej cievke, čím sa zavedú „ďalšie chyby“. Pri metóde virtuálneho zaťaženia sú napäťové a prúdové slučky nezávislé a navzájom sa nerušia, preto nedochádza k takejto dodatočnej chybe a výsledky merania sú bližšie k teoretickej skutočnej hodnote.
Prečo môže metóda virtuálneho zaťaženia merať výkon na úrovni megawattov-?
Zariadenie na kalibráciu virtuálnej záťaže (štandardný zdroj) interne používa-vysokovýkonné tranzistory alebo moduly IGBT na invertovanie jednosmerného prúdu na požadovaný tvar striedavého prúdu alebo priamo na presné riadenie jednosmerného prúdu. Na rozdiel od metódy skutočného zaťaženia nepotrebuje odviesť 1 MW elektrickej energie ako teplo; namiesto toho dokáže prostredníctvom riadenia v uzavretej{3}}slučke simulovať elektrické charakteristiky 1 MW len s malým množstvom elektrickej energie.
Zhrnutie
Vráťme sa k úvodnej otázke: Sú všetky overenia elektromerov založené na skutočnom zaťažení?
Nie. Okrem špecifických jednoduchých overení-na mieste alebo testov na starších elektromeroch moderné meranie elektriny (najmä vysokonapäťové a vysokoprúdové elektromery s jednosmerným preplňovaním) takmer na 100 % používa metódu overenia virtuálnej záťaže.
Zatiaľ čo skutočná metóda zaťaženia je „realistická“, je obmedzená spotrebou energie, veľkosťou a presnosťou a postupne sa vyraďuje alebo sa používa len ako pomocná metóda.
Metóda virtuálnej záťaže využíva pokročilú elektronickú technológiu na dosiahnutie „malého motora ťahajúceho veľkú záťaž“, čím sa zaisťuje presnosť národných metrologických noriem a zároveň sa rieši problém spotreby energie overovania množstva megawattov-na úrovni preplňovania.
Keď nabudúce uvidíte tento malý elektromer na nabíjacej stanici, vedzte, že sa za ním skrýva „extrémny záťažový test“, ktorý simuluje všetky prevádzkové podmienky pomocou špičkových{0}}elektronických zariadení.