基于LEM組件的車載能量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在鐵路應(yīng)用中，電流和電壓測(cè)量以及能耗計(jì)算面臨一個(gè)重大的工程挑戰(zhàn)。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代化列車需要消耗巨大電能，標(biāo)準(zhǔn)多制式貨運(yùn)列車超過6.4 MW，EMS必須符合精度標(biāo)準(zhǔn)，最終可能被普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)是0.5 R(每個(gè)部件精確到0.5R1)。

鐵路領(lǐng)域同時(shí)還面臨環(huán)境挑戰(zhàn)：任何EMF必須能夠應(yīng)對(duì)寬運(yùn)行溫度和強(qiáng)機(jī)械應(yīng)力。系統(tǒng)必須能夠防止灰塵和水進(jìn)入-一些運(yùn)營商規(guī)定外殼必須達(dá)到IP65。溫度波動(dòng)可能較大，設(shè)計(jì)者必須考慮有可能形成冷凝。

在如此高的電源電壓下，VMF面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保充分隔離。該傳感器表現(xiàn)出良好的共模性能-測(cè)量2根導(dǎo)體間的實(shí)際電壓差并忽略任何普通對(duì)地電壓失調(diào)。

CMF的開發(fā)也非常有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榇箅娏鳒y(cè)量精度很難達(dá)到0.5R。最常用的電流傳感器技術(shù)-霍爾效應(yīng)-不能達(dá)到需要精度。采用分流器可能是一種簡(jiǎn)單的替代方案，測(cè)量小電阻上的壓降，從而能夠通過歐姆定律計(jì)算電流。不過，這種方法存在固有缺陷，分流器消耗的電能會(huì)導(dǎo)致散熱問題。

LEM公司開發(fā)的一種CMF傳感器符合0.5R的精度要求。開發(fā)滿足0.5R精度的CMF的難度說明了一個(gè)事實(shí)即ITC 4000是當(dāng)前唯一一款精度可以達(dá)到這個(gè)規(guī)格的傳感器。

ECF是一個(gè)復(fù)雜功能。在鐵路領(lǐng)域中，電能計(jì)算比我們?cè)趯W(xué)校學(xué)到的電壓與電流的簡(jiǎn)單相乘更復(fù)雜。因此prEN 50463要求EMF計(jì)算無功和有功(實(shí)際)功率。

圖2顯示的LEM EM4T II( 牽引能量表II)是如何實(shí)現(xiàn)EMF的很好例證。EM4T II從 CMF和VMF獲取讀數(shù)，也能連接到GPS 裝置允許繪制帶有位置數(shù)據(jù)負(fù)載曲線。GPS接口同樣提供了高度準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)用于時(shí)間沖壓負(fù)載信息。

可以利用串行接口從EM4T II讀取數(shù)據(jù)。從EM4T II內(nèi)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)提取出來然后通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)。EM4T II可以配置第2個(gè)接口，確保系統(tǒng)符合任何鐵路運(yùn)營商的特定要求。

本文提出車載能量測(cè)量和報(bào)告需要一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，它不僅能計(jì)算能量，還能記錄位置、時(shí)間戳數(shù)據(jù)并隨后將信息傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)。雖然標(biāo)準(zhǔn)沒有得到完全批準(zhǔn)，但是精度符合0.5R這一挑戰(zhàn)性規(guī)范的VMF和CMF組件已經(jīng)推出。將它們與ECF部件結(jié)合起來，采用其他現(xiàn)成的GPS和通信產(chǎn)品就可能開發(fā)出符合prEN 50463要求的車載EMS。