电力工程师何时才能备受尊重？

电气工程师一般都受到了公众的尊重，但在我看来，其中某些“类型”的电气工程师更受爱戴。评论家往往会对低功耗系统的设计人员称赞有加：“只需小小一颗电池，就能运行数周！如此杰作，真让人难以置信！”而那些大部分或全部工作就是窝在桌前敲键盘的工程师也同样吃香：“那孩子是名程序员，她算是拿到铁饭碗了！”

虽然我个人更偏爱硬件工程师（即电路工程师），但我认识到项目往往需要多样化的技术技能。所以对于那些微功率和键盘工程师，我还是会给予他们应得的认可。

不过，有一种电气工程师至今似乎还是鲜为人知，他们处理超过数百伏特、数百安培甚至数万瓦的高功率系统，但其面临的挑战却很少有人关注或认可。有人或许会争辩，这是因为这些应用远离公众视野，但事实并非如此。这些大功率应用不只局限于远离消费者的应用，例如工业设备，甚至是 25 kV 电力机车接触网。

想想消费者大多都直接接触过，或者至少有过间接接触的电动汽车 (EV)。EV 电池组容量范围从约 25 kWh 到 70 kWh 以上，这些电池组可在约 1000 A 电流下提供 300 V 至 400 V 电压（这些牵引电机组可提供高达 300 hp 或更大的动力）。容量、电压、电流等这些数值都表明，对于设计、测试和维护而言，EV 电池组、转换、管理和分配都是相当关键的问题。

这两种设计环境的差异并非在于原始数值的差别，抑或只是数值换算的问题。相比之下，应对强电世界的任何事物都需要一种截然不同的思维方式与处理方法。在低功耗设计中，尝试移除和焊接电线等临时处理，或快速测试某个突发奇想，基本都无伤大雅。但是面对大功率设计时，行动之前必须对每个举措进行规划、模拟、评估，确定并再三确认，因为需要处理的是大量密集储存的能量。

此外，还有测试问题。对于系统功能的每一项决定以及任何变更可能带来的影响，都需要精心构建的测试计划和安排。绝不可能只用数字电压表 (DVM) 探针快速测量目标点，就可草草了事。即使是使用串联分流器测量电流等常规要求，也必须仔细考虑各个组件、接口电路、电气隔离（多数情况下），甚至是物理连接的实现问题。

试想一下这种情况：您打算使用分流电阻来测量大电流导线的电流。虽然这一方法无人不晓，但您要测量的是 EV 中电流达数百安培的导线，因此必须尽量减小分流电阻值，从而减少检测电阻的 IR 阻抗压降和 I²R 耗散功率。

所幸市面上有些标准分流器的电阻值相当小。例如，Vishay Dale 的 WSBS8518 系列标准额定电阻值为 100 µΩ、500 µΩ 和 1000 µΩ（即 0.1 mΩ、0.5 mΩ 和 1.0 mΩ）（图 1）。这些分流器看似普通的金属“条”，尺寸约为 85 mm（长）× 18 mm（宽），采用坚固的镍铬合金制成，电阻温度系数 (TCR) 低至 ±10 ppm/℃。

图 1：相比其他电子元器件，这种微欧级分流电阻可能看似简单，但这种精心设计和制造的器件采用坚固的镍铬合金制成，具有极低的温度系数和开尔文接点。（图片来源：Vishay/Dale）

不过，如何才能将该电阻器实际接入负载线路呢？毕竟，即便只是数毫欧的接触电阻也会产生耗散功率和电压降，因此分流电阻的连接算是个设计问题。此外，您还需要连接电压检测引线。所幸这种特殊分流器具有开尔文接点，因此可以轻易执行这项任务。然而，许多分流器并未配备这种接点。

不过，并非所有电力工程师都不受重视，我认为主要是电力公司的工程师比较容易受人忽视。近来，阿波罗登月 50 周年纪念活动备受关注。当年，土星五号运载火箭的第一级推进器借助五台 F-1 火箭发动机产生的巨大推力发射升空的场面，着实令人震撼（图 2）。

图 2：有的能量“细不可闻”，有的则“声势浩大”，配备五台 F-1 发动机的土星五号运载火箭必定属于后者。（图片来源：NASA）

数据虽能说明一切，人们却并未无实质概念：土星五号第一级推进器装有 203,400 gal (770,000 l) 煤油和 318,000 gal (1,200,000 l) 液氧；每台 F-1 燃油泵均由一台 55,000 hp 的涡轮机驱动，每分钟输送约 15,000 US gal（略少于 60,000 l）煤油，而氧化剂泵每分钟输送 25,000 US gal (94,000 l) 液氧；每台涡轮泵承受的温度范围从进气的 1,500℉ (820℃) 到液氧的 -300℉ (-18℃)。火箭升空时，五台发动机可产生 750 万磅的推力。

试想一下，测试台上固定这些 F-1 发动机所需的固定装置，或点火后火箭发动机达到最大功率时将土星五号保持在发射台上的固定夹，不仅要承受数百万磅的推力，而且在那样的排气环境下，还须保持发射的顺利流畅。（这又该如何进行测试？）

在我看来，无论发射成功与否，正是推动火箭的这股巨大能量，促使火箭工程师受到众人敬仰。然而，电能几不“可见”，因而电气工程师才会如此默默无闻。火箭尾气的巨大尾焰博人眼球，而电池组中的电子在正常工作时静默无声，自然“没什么了不起”。

今后，强电工程师会更受尊重吗？当然，我不知道。不过，若真是这样就好了。毕竟随着 EV、太阳能和智能电网等应用逐渐大规模市场化，这些具备大功率应用专业知识的人才终得以大放异彩。

参考资料：

1 – Roger E. Bilstein, “Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles”（点击此处免费下载 168 MB 电子版文档；点击此处分章节免费下载）

2 – Charles Murray & Catherine Bly Cox, "Apollo: The Race to the Moon"

3 – Wikipedia, "Rocketdyne F-1"