歐洲計(jì)量研究計(jì)劃產(chǎn)生影響：擴(kuò)展歐洲電功率測量范圍

在新設(shè)備和無線充電技術(shù)中功率轉(zhuǎn)換器的使用使得精確的效率測量變得不平凡，而設(shè)計(jì)和歐洲生態(tài)設(shè)計(jì)指令需求更高的效率。功率分析儀是需求提高效率的過程不可或缺的一部分，但超過工頻的測量標(biāo)準(zhǔn)以前并不廣泛應(yīng)用，阻礙了行業(yè)實(shí)現(xiàn)效率目標(biāo)的能力。

挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)上，歐洲的大多數(shù)電子產(chǎn)品都以50 Hz的頻率運(yùn)行，與家用電源的頻率相匹配。最近，以較高頻率運(yùn)行的設(shè)備在應(yīng)用中變得普遍，如無線充電、光伏逆變器，和工業(yè)應(yīng)用如感應(yīng)加熱器、超聲波發(fā)生器以及電動汽車的充電和推進(jìn)等。

這些技術(shù)需要更高的效率來降低能耗，符合歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)指令，該指令旨在提高進(jìn)入歐洲市場的產(chǎn)品的效率，從而減少氣候變化的影響。功率分析儀或功率計(jì)是任何能效過程不可或缺的一部分，它測量進(jìn)入電子設(shè)備的電量，并將其與使用的能量進(jìn)行比較，有助于最大限度地減少能量損失。為此，這些儀器需要精確的校準(zhǔn)。

電動汽車，包含許多工作在50 Hz以上的組件——例如將電池的直流電轉(zhuǎn)換為發(fā)動機(jī)的交流電的逆變器，其工作頻率要高出數(shù)百倍。在這種情況下，以約98%效率運(yùn)行的逆變器的輸出功率測量的相對不確定度為0.5%將導(dǎo)致設(shè)備效率的重大不確定性。由于電動汽車的效率會影響性能和續(xù)航里程，因此不準(zhǔn)確的功率測量會對銷售產(chǎn)生重大影響。

為了進(jìn)一步提高效率，需要對高達(dá)100 kHz及以上的功率測量系統(tǒng)確定可追溯的校準(zhǔn)方法。然而，歐洲只有少數(shù)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室具有這種測量能力，阻礙了工業(yè)滿足指令目標(biāo)的能力。

解決方案

在MICEV項(xiàng)目期間，該聯(lián)盟的成員在PTB，德國國家計(jì)量研究所（NMI）為功率測量單元校準(zhǔn)開發(fā)了一種新的參考功率標(biāo)準(zhǔn)。

開發(fā)了兩種用于交流和直流的功率測量系統(tǒng)，允許交流信號耦合可變直流分量。電流傳感器和分壓器用于將電壓信號降低到可以通過兩個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字化的水平。然后在測量軟件中評估數(shù)字化值，該軟件也在項(xiàng)目中創(chuàng)建。AC/DC系統(tǒng)相結(jié)合，可以在一臺儀器中測量兩個(gè)量，并計(jì)算測量不確定度。

在對功率的主要標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證并與兩臺高質(zhì)量寬帶功率分析儀進(jìn)行比較后，新標(biāo)準(zhǔn)證明了其能夠校準(zhǔn)功率分析儀的交流和直流信號，最高可達(dá)150 kHz和高達(dá)200 kW。

影響

ZES ZIMMER Electronic Systems GmbH 是全球唯一一家專門從事高精度功率分析的公司。ZES ZIMMER 的客戶來自電子領(lǐng)域的所有領(lǐng)域，包括電動汽車、可再生能源、家用電器和電動機(jī)，他們意識到從傳統(tǒng)的 50 Hz 設(shè)備向更高頻率運(yùn)行的設(shè)備的轉(zhuǎn)變。該公司的LMG600功率分析儀是用于開發(fā)PTB校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的寬帶功率分析儀之一。在這項(xiàng)工作中，ZES ZIMMER自己開發(fā)了一種高精度和高精度的150 kHz傳輸標(biāo)準(zhǔn)，具有低測量不確定度，與PTB的功率分析儀校準(zhǔn)新標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)。

該公司認(rèn)為，他們的新標(biāo)準(zhǔn)REF600具有PTB主要標(biāo)準(zhǔn)的SI可溯源性，這將使他們比其他為工作頻率高于50 Hz的儀器提供有功功率測量的公司更具競爭力。此外，這將簡化客戶的現(xiàn)有校準(zhǔn)，開辟新服務(wù)，并增強(qiáng)對他們執(zhí)行的工作的信心。

這將有助于ZES ZIMMER和其他歐洲公司確保進(jìn)入市場的新型更高頻率的儀器在能源消耗方面盡可能高效，幫助公司滿足生態(tài)設(shè)計(jì)要求，降低能源消耗，從而降低歐洲的二氧化碳足跡。

應(yīng)對電動汽車的計(jì)量挑戰(zhàn)

MICEV項(xiàng)目在解決電動汽車現(xiàn)有的計(jì)量挑戰(zhàn)方面取得了幾項(xiàng)重要成果。

已經(jīng)建立了三個(gè)新的校準(zhǔn)設(shè)施：一個(gè)用于校準(zhǔn)高達(dá)150 kHz的磁場計(jì)，一個(gè)用于校準(zhǔn)高達(dá)10 MHz的磁場計(jì)，另一個(gè)用于高達(dá)150 kHz的功率計(jì)。 開發(fā)的儀器包括一個(gè)1 kV和300 kHz參考分壓器和一個(gè)功率測量單元，用于現(xiàn)場校準(zhǔn)和表征感應(yīng)式電力傳輸充電站。

創(chuàng)建了兩個(gè)軟件模型，一個(gè)用于評估靜態(tài)充電站的效率，另一個(gè)用于電動汽車的動態(tài)充電。

發(fā)布了關(guān)于感應(yīng)充電安全方面的最佳實(shí)踐指南，以及評估醫(yī)療植入物患者電場安全性的報(bào)告。

這些結(jié)果將有助于在公共道路和高速公路上實(shí)施電動汽車的無線充電，并在使用這種類型的運(yùn)輸和感應(yīng)充電技術(shù)時(shí)為公眾提供安全保障。