基于LEM組件的車載能量測量系統設計

在鐵路應用中，電流和電壓測量以及能耗計算面臨一個重大的工程挑戰。驅動現代化列車需要消耗巨大電能，標準多制式貨運列車超過6.4 MW，EMS必須符合精度標準，最終可能被普遍采用的標準是0.5 R(每個部件精確到0.5R1)。

鐵路領域同時還面臨環境挑戰：任何EMF必須能夠應對寬運行溫度和強機械應力。系統必須能夠防止灰塵和水進入-一些運營商規定外殼必須達到IP65。溫度波動可能較大，設計者必須考慮有可能形成冷凝。

在如此高的電源電壓下，VMF面臨的關鍵挑戰是確保充分隔離。該傳感器表現出良好的共模性能-測量2根導體間的實際電壓差并忽略任何普通對地電壓失調。

CMF的開發也非常有挑戰性，因為大電流測量精度很難達到0.5R。最常用的電流傳感器技術-霍爾效應-不能達到需要精度。采用分流器可能是一種簡單的替代方案，測量小電阻上的壓降，從而能夠通過歐姆定律計算電流。不過，這種方法存在固有缺陷，分流器消耗的電能會導致散熱問題。

LEM公司開發的一種CMF傳感器符合0.5R的精度要求。開發滿足0.5R精度的CMF的難度說明了一個事實即ITC 4000是當前唯一一款精度可以達到這個規格的傳感器。

ECF是一個復雜功能。在鐵路領域中，電能計算比我們在學校學到的電壓與電流的簡單相乘更復雜。因此prEN 50463要求EMF計算無功和有功(實際)功率。

圖2顯示的LEM EM4T II( 牽引能量表II)是如何實現EMF的很好例證。EM4T II從 CMF和VMF獲取讀數，也能連接到GPS 裝置允許繪制帶有位置數據負載曲線。GPS接口同樣提供了高度準確的時鐘信號用于時間沖壓負載信息。

可以利用串行接口從EM4T II讀取數據。從EM4T II內的數據處理系統中將數據提取出來然后通過通信網絡傳輸到地面系統。EM4T II可以配置第2個接口，確保系統符合任何鐵路運營商的特定要求。

本文提出車載能量測量和報告需要一個復雜系統，它不僅能計算能量，還能記錄位置、時間戳數據并隨后將信息傳輸到地面系統。雖然標準沒有得到完全批準，但是精度符合0.5R這一挑戰性規范的VMF和CMF組件已經推出。將它們與ECF部件結合起來，采用其他現成的GPS和通信產品就可能開發出符合prEN 50463要求的車載EMS。