基于LEM新型组件的车载能量测量系统设计

发布者:小熊掌心最新更新时间:2012-10-22 来源: 21ic 关键字:LEM  车载能量  测量系统 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

随着技术的发展,能源需求越来越大,随着的能源的枯竭,能耗在诸多领域变得越来越重要,铁路行业也不例外。通过监测每辆列车的能量、费用清单,能够激推动铁路运营商优化能量使用效率。本文讲述了LEM的新型组件;这是首套符合最新暂行标准EN50463的可以实现能量监测和费用核算的系统。

汽车节能技术用于改进汽车能源消耗的技术。汽车节能措施涉及方方面面,就中国的现状而言,有效措施包括以下几个方面:公路与交通设施的合理配套,车型及油品按需生产配置,运营的合理等非技术问题。技术方面,保证产品质量,按照规范使用和维护机器,改变汽油机燃烧方式以提高能量转换效率。

在现有的燃烧方式下,可以采取以下手段进行节能:改进供油系统,汽油机改气缸燃油喷射,可提高汽油燃烧效率;改进点火系统,提高汽油机运转稳定性;减少发动机附件损失,合理使用配件,进行相应的改装。

在不少城市,为了美观和气派,主要街区的写字楼都是玻璃幕墙,还兴建了不少大型的穹顶建筑作为公共设施。夏季紫外线照射强烈,造成光污染,冬天不挡寒,一年四季不得不开放大功率的空调来调节气温,冬天要先于其他建筑保暖,夏天要先于其他建筑供冷。

据不完全统计,全国现有玻璃幕墙(非节能玻璃)面积已超过900多万平方米,而且呈持续发展趋势。玻璃幕墙在带来所谓美观的同时,也带来了能耗的成倍增长。

几乎我们生活中的每个领域都面临压力需要降低能耗引起的二氧化碳排放量才从而减轻对环境的破坏。尽管铁路行业产生的二氧化碳排放量比其他运输方式少,但是仍然有必要进一步提高能效。

英国环境、食品和农村事务部的最新研究表明,铁路运输每乘客每公里产生的CO2量仅为61g,而汽车每乘客每公里产生的CO2量高达140g(汽车尾气排放量基于1.5的平均占有率)。

对于实际消耗能量的铁路运营商来说,一种方法是监测并设定目标降低能耗、成本和排放量。如果鼓励司机避免能源浪费-即采取“节能驾驶”,那么提供每次旅程的详细行驶信息就尤为重要。

将来,司机有可能采用推荐的最佳节能速度行驶,它与如何驾驶更经济的新理念相结合,可以节能10-20%以上。

对于化石燃料的发动机,油耗测量相对简单一些,但是在电气化 线路精确牵引能耗测量系统中,分配的成本和每次旅程的碳影响对运营商来说是必须的 。如果要实现这个目,那么每辆列车都需要一种有效的车载能耗测量方法。

该系统必须记录能耗和位置,使得运营商能够掌握导致能耗更高的原因,并提供不同电网运营商的费用清单。已经制定了暂行标准EN50463,它符合与列车能量测量相关的所有可能要求。

如果标准制定合理,则会成功实施。prEN50463的制定考虑了许多不同利益相关者的意见,从铁路运营商到设备制造商,此外还考虑了TSI基本要求规范和UIC建议。[page]

该标准分为5部分:

——prEN 50463-1:范围、一般架构、文件结构、标准引用、一般要求

——prEN 50463-2:从OCL到计量单元的电压/电流传感器测量链

——prEN 50463-3:所有输入/输出数据处理和内存管理单元

——prEN 50463-4:车载和“列车-地面”通信系统

——prEN 50463-5:评定被测系统的一致性和协同性时采用的测试程序规范

能量测量系统(EMS)的3个主要功能块详见第2-4节,它们需要处理列车拟定运行的所有牵引系统。系统核心是第2部分讲述的能量测量功能(EMF),它测量电流和电压,并计算能耗。EMF包括3部分:

——电流测量功能(CMF)

——电压测量功能(VMF)

——能量计算功能(ECF)

在铁路应用中,电流和电压测量以及能耗计算面临一个重大的工程挑战。驱动现代化列车需要消耗巨大电能,标准多制式货运列车超过6.4 MW,EMS必须符合精度标准,最终可能被普遍采用的标准是0.5 R(每个部件精确到0.5R1)。

铁路领域同时还面临环境挑战:任何EMF必须能够应对宽运行温度和强机械应力。系统必须能够防止灰尘和水进入-一些运营商规定外壳必须达到IP65。温度波动可能较大,设计者必须考虑有可能形成冷凝。

在如此高的电源电压下,VMF面临的关键挑战是确保充分隔离。该传感器表现出良好的共模性能-测量2根导体间的实际电压差并忽略任何普通对地电压失调。

CMF的开发也非常有挑战性,因为大电流测量精度很难达到0.5R。最常用的电流传感器技术-霍尔效应-不能达到需要精度。采用分流器可能是一种简单的替代方案,测量小电阻上的压降,从而能够通过欧姆定律计算电流。不过,这种方法存在固有缺陷,分流器消耗的电能会导致散热问题。

LEM公司开发的一种CMF传感器符合0.5R的精度要求。开发满足0.5R精度的CMF的难度说明了一个事实即ITC 4000是当前唯一一款精度可以达到这个规格的传感器。

ECF是一个复杂功能。在铁路领域中,电能计算比我们在学校学到的电压与电流的简单相乘更复杂。因此prEN 50463要求EMF计算无功和有功(实际)功率。

图2显示的LEM EM4T II( 牵引能量表II)是如何实现EMF的很好例证。EM4T II从 CMF和VMF获取读数,也能连接到GPS 装置允许绘制带有位置数据负载曲线。GPS接口同样提供了高度准确的时钟信号用于时间冲压负载信息 。

可以利用串行接口从EM4T II读取数据。从EM4T II内的数据处理系统中将数据提取出来然后通过通信网络传输到地面系统。EM4T II可以配置第2个接口,确保系统符合任何铁路运营商的特定要求。

本文提出车载能量测量和报告需要一个复杂系统,它不仅能计算能量,还能记录位置、时间戳数据并随后将信息传输到地面系统。虽然标准没有得到完全批准,但是精度符合0.5R这一挑战性规范的VMF和CMF组件已经推出。将它们与ECF部件结合起来,采用其他现成的GPS和通信产品就可能开发出符合prEN 50463要求的车载EMS。

关键字:LEM  车载能量  测量系统 引用地址:基于LEM新型组件的车载能量测量系统设计

上一篇:简单介绍汽车GPS导航系统工作原理及主要应用
下一篇:Ansoft软件在混合动力车和电动汽车中的应用

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 22:23

基于热敏电阻的温度测量系统的设计方案
本文首先讨论基于热敏电阻的温度测量系统的历史和设计挑战,以及它与基于电阻温度检测器(RTD)的温度测量系统的比较。此外,本文还会简要介绍热敏电阻选择、配置权衡,以及Σ-Δ型模数转换器(ADC)在该应用领域中的重要作用。 热敏电阻与RTD RTD是一种电阻值随温度变化的电阻器。热敏电阻的工作方式与RTD类似。RTD仅有正温度系数,热敏电阻则不同,既可以有正温度系数,也可以有负温度系数。负温度系数(NTC)热敏电阻的阻值会随着温度升高而减小,而正温度系数(PTC)热敏电阻的阻值会随着温度升高而增大。图1显示了典型NTC和PTC热敏电阻的响应特性,以及它们与RTD曲线的比较。 图 1. 热敏电阻与 RTD 的响应特性比较 在温度
[测试测量]
基于热敏电阻的温度<font color='red'>测量系统</font>的设计方案
基于ARM920T的嵌入式静力测量系统设计
  本文介绍了一种基于单片机AT89C52的CAN总线分布式测控系统,主要阐述了系统的总体设计方案,以及控制模块和采集模块的软硬件设计,重点是系统中以单片机为核心的带有CAN总线接口的设计,解决现场各传感器得到的测量信号利用单片机进行存储和处理,然后通过与CAN控制器的通讯将信息发送到CAN总线上。       1 CAN总线网络的技术特点          用通讯数据块编码,可实现多主工作方式,数据收发方式灵活,可实现点对点、一点对多点及全局广播等多种传输方式;可将DCS结构中主机的常规测试与控制功能分散到各个智能节点,节点控制器把采集到的数据通过CAN适配器发送到总线,或者向总线申请数据,主机便从原来繁重的底层设备监控任
[模拟电子]
基于倾角传感器的倾角测量系统设计
引言 目前,业内对倾角的测量多是基于MEMS的加速度传感器,SCA100T是由芬兰VTI公司推出,采用三维MEMS技术开发的一款高精度双轴倾角传感器,可同时测量相对于水平面的倾斜和俯仰角度,具有温度补偿功能。本文以塔式起重机为应用背景,采用SCA100T倾角传感器实时采集倾斜信息,检测塔式起重机支撑架的平衡性能,避免由于其过度倾斜而引发事故。以SCA100T为基础设计了一款小巧、灵敏度高的倾角测量系统,分析了SCA100T倾角传感器测角的原理,给出了系统各个模块的软硬件设计方法,同时提供了两种具有可扩展性的应用方法。 1 整体设计 图1所示为本系统的整体结构框图。该系统采用ATmega8单片机控制SCA100T倾角传感器
[测试测量]
基于倾角传感器的倾角<font color='red'>测量系统</font>设计
14位4-20mA环路供电型热电偶温度测量系统电路图
  电路功能与优势   图1所示电路是一款完整的环路供电型热电偶温度测量系统,使用精密模拟微控制器的PWM功能控制4 mA至20 mA 输出电流。      图1. ADuCM360控制4 mA至20 mA基于环路的温度监控电路 (原理示意图:未显示所有连接和去耦)   本电路将绝大部分电路功能都集成在精密模拟微控制器 ADuCM360上,包括双通道24位Σ-Δ型ADC、ARM Cortex ™-M3处理器内核以及用于控制环路电压高达28 V的4 mA至 20 mA环路的PWM/DAC特性,提供一种低成本温度监控解决方案。   其中, ADuCM360连接到一个T型热电偶和一个100Ω铂电阻温度检测器(RTD)。RTD用
[单片机]
14位4-20mA环路供电型热电偶温度<font color='red'>测量系统</font>电路图
FPGA在高精度脉宽测量系统中的应用
  测量领域以及仪表仪器领域中,对数字信号的测量主要便是对其信号脉冲宽度进行测量。目前使用最多的方式便是脉冲计数的方式,即通过高频时钟脉冲在待测信号的低电平处或者高电平处进行计数,然后依照脉冲数量,通过计算的方式得到信号宽度,待测信号独立于计数时钟,其信号的上升以及下降沿无法同时钟边沿准确的吻合,所以,该方式得到的误差最大值可以达到一个时钟周期。例如,若是高频时钟为80MHz,那么其最大的误差量可以达到12.5ns。   脉冲计数法的精度也可以通过有效的方式予以提高,其思路如下:首先可以将计数时钟的频率予以提高,其次则是通过时幅转换技术对误差予以降低。测量误差会随着时钟频率的的提高而减小,但是频率提高,相对便会对芯片的要求有所提高。
[测试测量]
FPGA在高精度脉宽<font color='red'>测量系统</font>中的应用
一种扩散硅压力式密度静态测量系统
在制糖等轻化工程中,为了全面实现工艺过程及质量的自动控制,需要对溶液的密度、浓度等万分进行测量,而密度的在线测量与湿度、流量、压力及液位等非电量测量相比,较为落后。谐振式和奥我力式密度计工作原理复杂,价格昂贵,未能在工业过程中普及;压差式密度测量一般采用具有可动部件和测量精度不高的机械式压力传感器(或压力变送器) ,测量精度和响应速度不能满足工业过程测量需要。在1980年末到1990年初,扩散硅压力传感器技术有了新的突破,不仅无可动部件,并且具有动态响应快和测量精度高等优点,它为扩散硅压力传感器的二次开发提供了一个很好的机遇。基于扩散硅压力传感器的密度测量方法和其它测量方法相比,具有结构简单、性能价格比高及易于工程实现等优点。密度
[单片机]
一种扩散硅压力式密度静态<font color='red'>测量系统</font>
基于SOPC的扭振信号测量系统实现研究
扭振(即扭转振动)广泛存在于各种回转轴系中,如内燃机曲轴、发电机、齿轮传动链等。就内燃机轴系而言,严重的扭振会导致动力装置的部件断裂,造成不可估计的财产损失和人员伤亡。因此对扭振的动态测量和监控一直为人们所重视。 目前按照对扭振信号的提取方式,扭振测量可以分为模拟式、数字式和软件式。数字式扭振监测应用较为广泛。这一类仪器测量精度较高,信号采集主要用单片机或单片机及CPLD。单片机采集信号速度低且系统实时性较差;用单片机结合CPLD实现,系统可扩展性不好,一旦硬件做成很难改动,另外可编程器件与单片机接口的速率匹配也是一个瓶颈问题。 SOPC(System On Programmble Chip)是Altera公司提出的片上可编程系统
[测试测量]
基于SOPC的扭振信号<font color='red'>测量系统</font>实现研究
NI最新便携式测量系统提供USB连接并适于车载应用
美国国家仪器有限公司(National Instruments)日前宣布推出全新基于USB的模块化数据采集系统——NI CompactDAQ。NI CompactDAQ是一个适合在工作台、工程现场和生产线上进行传感器和电气测量的新型优选平台。该系统提供了一个8槽机箱,其I/O模块在单个系统下可实现高达256个通道的电气、物理、机械和声波信号的测量。通过将USB接口即插即用的简便性与模块化仪器的高性能和灵活性相结合,体积小巧、使用简便且价位合理的NI CompactDAQ可以实现快速、精确的测量任务。 “USB接口以其简单易用和在现代电子学的普及性,目前已经得到非常广泛的应用。NI CompactDAQ的设计理念就是充分利用了
[新品]
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved