工程師，你所不知道的功率測量最簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)了一種節省空間的計量單元。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(wú)需斷開(kāi)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(kāi)發(fā)出來(lái)的。（Rauschert公司是一家生產(chǎn)先進(jìn)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(kāi)發(fā)過(guò)程中，作為巴伐利亞微系統技術(shù)項目組成部分的經(jīng)濟事務(wù)部、基礎設施部、交通和技術(shù)部門(mén)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(hù)才從稅率下降的消費電力和天然氣中獲益?，F在，德國政府決定，只有采取了有效措施來(lái)減少能源消耗的公司，才有資格申 請減免相應的稅收。此外，政府還規定從2013年起，只有那些配備了具有提供公司能源消耗細節功能的能源管理系統的公司，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(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，因為這意味著(zhù)他們將不得不安裝個(gè)人輔助儀表用以監控單一負載的功率消耗，如印刷機和焊接機，或烤箱，或電動(dòng)馬達。在 許多情況下，由于現行的市場(chǎng)上的計量設備太大以致于不適合現有的配電柜。

　　這個(gè)新設備是基于一體化3D磁場(chǎng)傳感器設計的。最初是由IIS設計，用來(lái)監控德國博世和西門(mén)子的品牌洗衣機內部轉筒的位置和方向的。

　　IIS的研究人員Michael Hackner說(shuō)：“這種新裝置是3D磁場(chǎng)傳感器技術(shù)在測量能源消耗方面的的首次應用。通過(guò)利用這種技術(shù)測量出磁場(chǎng)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(gè)十分新穎的方法”。

　　為了構建該裝置，Hackner和團隊的其他工程師將8個(gè)傳感器以專(zhuān)用集成電路的形式安裝在一個(gè)靈活的扁平電路板上。與傳統設計相比，這些傳感器提高 了測量精度，具體體現在：它們不僅能夠測量垂直于芯片表面的磁場(chǎng)強度，而且也能測量到切線(xiàn)方向的。傳感器記錄的數據傳送到單片機，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)開(kāi)關(guān)將其轉發(fā) 到中央處理器。

　　Hackner表示正如新產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)一樣，“我們的感測器安裝快速，還支持在線(xiàn)集成”。他繼續強調該產(chǎn)品的另一個(gè)獨特設計特征：它跟羅氏線(xiàn)圈的功能是 一樣的，即充當一個(gè)整合在許多標準儀器中的組件，以此來(lái)測量電流。“但是羅氏線(xiàn)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 （包括太陽(yáng)能逆變器將直流輸出轉換為交流功率）的功耗時(shí)，需要慎重考慮的一點(diǎn)。”

　　計量裝置的建造是廉價(jià)的。因為在整個(gè)設計過(guò)程中，IIS研究人員沒(méi)有使用任何磁材料，更沒(méi)有出現因這種材料而產(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(shí)，會(huì )反復出現的短路而導致停止運行的現象）。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與鉗形電流表不同，新設備還可以測量電壓。簡(jiǎn)而言之，用戶(hù)現在有一個(gè)能 測量所有需要測量的參數以便監控電網(wǎng)質(zhì)量以及功率消耗的一體化儀器。Rauschert公司電能管理系統的負責人Michael Müller，舉了個(gè)例子：“新裝置可以幫助我們快速查明生產(chǎn)問(wèn)題，這樣在發(fā)射過(guò)程中我們就可以立即發(fā)現的違規行為，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(gè)能源管理咨詢(xún)服務(wù)業(yè)務(wù)平臺并且為他們都裝上新的測量系統。

　　這種傳感器設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(méi)有義務(wù)（或不能）確切地告訴能源提供商在特定的線(xiàn)路上或者在任何給定的時(shí)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據是可用的，那么電網(wǎng)的容量就可以更有效率地使用”。這兩位專(zhuān)家認為這個(gè)應用有著(zhù)巨大的市場(chǎng)潛力。僅在巴伐利亞州，20-kV 分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )包含成千上萬(wàn)的變電站。這些變電站可以配備新的，低成本的設備而無(wú)需暫時(shí)地跟地鐵站或從電網(wǎng)輸電線(xiàn)路斷開(kāi)。至此，一個(gè)用于低壓網(wǎng)絡(luò )的標準測量系統 已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)了。

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