工程師，你所不知道的功率測量最簡易方法

德國埃朗根集成電路IIS弗勞恩霍夫研究所的研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種節(jié)省空間的計量單元。這種計量單元可以像晾衣服的一樣夾在一根電纜上，甚至無需斷開負載，便可以測出所需的功率。

　　新的“能源分析儀”是在研究人員與Rauschert公司的合作下開發(fā)出來的。（Rauschert公司是一家生產(chǎn)先進陶瓷產(chǎn)品的制造商，其產(chǎn)品要求 是能源密集型的生產(chǎn)工藝。）在開發(fā)過程中，作為巴伐利亞微系統(tǒng)技術(shù)項目組成部分的經(jīng)濟事務(wù)部、基礎(chǔ)設(shè)施部、交通和技術(shù)部門一起為該項目提供資金支持。

　　直到最近，德國的大型工業(yè)能源用戶才從稅率下降的消費電力和天然氣中獲益。現(xiàn)在，德國政府決定，只有采取了有效措施來減少能源消耗的公司，才有資格申 請減免相應(yīng)的稅收。此外，政府還規(guī)定從2013年起，只有那些配備了具有提供公司能源消耗細節(jié)功能的能源管理系統(tǒng)的公司，才準許申請出口退稅。對于相關(guān)公 司而言，這或許并不是一個簡單的任務(wù)，因為這意味著他們將不得不安裝個人輔助儀表用以監(jiān)控單一負載的功率消耗，如印刷機和焊接機，或烤箱，或電動馬達。在 許多情況下，由于現(xiàn)行的市場上的計量設(shè)備太大以致于不適合現(xiàn)有的配電柜。

　　這個新設(shè)備是基于一體化3D磁場傳感器設(shè)計的。最初是由IIS設(shè)計，用來監(jiān)控德國博世和西門子的品牌洗衣機內(nèi)部轉(zhuǎn)筒的位置和方向的。

　　IIS的研究人員Michael Hackner說：“這種新裝置是3D磁場傳感器技術(shù)在測量能源消耗方面的的首次應(yīng)用。通過利用這種技術(shù)測量出磁場所產(chǎn)生的電流，我們就可以確定能源消耗所連接的負載。就其本身而言，它是一個十分新穎的方法”。

　　為了構(gòu)建該裝置，Hackner和團隊的其他工程師將8個傳感器以專用集成電路的形式安裝在一個靈活的扁平電路板上。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，這些傳感器提高 了測量精度，具體體現(xiàn)在：它們不僅能夠測量垂直于芯片表面的磁場強度，而且也能測量到切線方向的。傳感器記錄的數(shù)據(jù)傳送到單片機，再通過網(wǎng)關(guān)開關(guān)將其轉(zhuǎn)發(fā) 到中央處理器。

　　Hackner表示正如新產(chǎn)品的優(yōu)點一樣，“我們的感測器安裝快速，還支持在線集成”。他繼續(xù)強調(diào)該產(chǎn)品的另一個獨特設(shè)計特征：它跟羅氏線圈的功能是 一樣的，即充當一個整合在許多標準儀器中的組件，以此來測量電流。“但是羅氏線圈只測量交流電，而IIS傳感器也可以測量直流電——這是在測量光伏系統(tǒng) （包括太陽能逆變器將直流輸出轉(zhuǎn)換為交流功率）的功耗時，需要慎重考慮的一點。”

　　計量裝置的建造是廉價的。因為在整個設(shè)計過程中，IIS研究人員沒有使用任何磁材料，更沒有出現(xiàn)因這種材料而產(chǎn)生的精度誤差（這種誤差指的是在和其它 的鉗式安培計一起使用時，會反復(fù)出現(xiàn)的短路而導(dǎo)致停止運行的現(xiàn)象）。另一個優(yōu)點是，與鉗形電流表不同，新設(shè)備還可以測量電壓。簡而言之，用戶現(xiàn)在有一個能 測量所有需要測量的參數(shù)以便監(jiān)控電網(wǎng)質(zhì)量以及功率消耗的一體化儀器。Rauschert公司電能管理系統(tǒng)的負責人Michael Müller，舉了個例子：“新裝置可以幫助我們快速查明生產(chǎn)問題，這樣在發(fā)射過程中我們就可以立即發(fā)現(xiàn)的違規(guī)行為，從而避免使得整批陶瓷報廢。”他打算 為其余的公司建立一個能源管理咨詢服務(wù)業(yè)務(wù)平臺并且為他們都裝上新的測量系統(tǒng)。

　　這種傳感器設(shè)備甚至可以安裝在電力事業(yè)的中壓網(wǎng)絡(luò)（20千伏）中。由于德國可再生能源法案（EEG）的出臺，現(xiàn)在有很多中小型的電力生產(chǎn)商能為電網(wǎng)提 供電能，但沒有義務(wù)（或不能）確切地告訴能源提供商在特定的線路上或者在任何給定的時間或者什么方向究竟有多少電能可供使用。

　　Hacker and Müller 斷言“如果這些詳細的測量數(shù)據(jù)是可用的，那么電網(wǎng)的容量就可以更有效率地使用”。這兩位專家認為這個應(yīng)用有著巨大的市場潛力。僅在巴伐利亞州，20-kV 分銷網(wǎng)絡(luò)包含成千上萬的變電站。這些變電站可以配備新的，低成本的設(shè)備而無需暫時地跟地鐵站或從電網(wǎng)輸電線路斷開。至此，一個用于低壓網(wǎng)絡(luò)的標準測量系統(tǒng) 已經(jīng)開發(fā)出來了。

　　這種工作標準也是由終將成為控制該系統(tǒng)的Loewe Opta公司所提出來的。