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變頻空調(diào)待機(jī)功耗測試難點(diǎn)及解決方案

2019-06-19

  最近國內(nèi)兩大空調(diào)廠家就空調(diào)能效等級(jí)問題的交鋒受到了廣泛關(guān)注,那么在消費(fèi)者要求越來越高和競爭激烈的環(huán)境下,生產(chǎn)企業(yè)又如何保證自己產(chǎn)品能效等級(jí)達(dá)標(biāo)呢,本文將講解功率計(jì)在空調(diào)能效等級(jí)驗(yàn)證測試的解決方案。

  隨著人們生活逐漸奔小康,空調(diào)使用越來越普及,用戶在選購空調(diào)時(shí)對(duì)產(chǎn)品的耗電量越發(fā)關(guān)注,如何選擇一款既低耗電又環(huán)保的產(chǎn)品越發(fā)重要。同時(shí)廠家如何保證自家出廠產(chǎn)品質(zhì)量合格,符合自標(biāo)的中國能效標(biāo)識(shí)也是不容忽視的。

  一、中國能效標(biāo)識(shí)和待機(jī)功耗的測試關(guān)系

  1.什么是中國能效標(biāo)識(shí)

  能效標(biāo)識(shí)也就是能源效率標(biāo)識(shí),是附在產(chǎn)品或產(chǎn)品最小包裝物上的一種信息標(biāo)簽,用于表示用能產(chǎn)品能源效率等級(jí)、能源消耗量指標(biāo)。目的是為用戶和消費(fèi)者的購買決策提供必要的信息,能夠引導(dǎo)和幫助消費(fèi)者選擇高能效節(jié)能產(chǎn)品。

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  圖1五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)能效標(biāo)識(shí)

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  圖2三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)能效標(biāo)識(shí)

  2.中國能效標(biāo)識(shí)等級(jí)

  通常會(huì)在空調(diào)表面貼有一張長方形的白底藍(lán)框的貼紙,紙頭上寫著中國能效標(biāo)識(shí)。能效標(biāo)識(shí)上單獨(dú)標(biāo)出是幾級(jí)能效,就說明該款空調(diào)屬于哪個(gè)等級(jí)的產(chǎn)品??照{(diào)能效等級(jí)是空調(diào)能效高低差別的一種劃分能效等級(jí)方法。從2014年10月1日起,五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的SEER老標(biāo)識(shí)的變頻空調(diào)不允許在市場上流通銷售。新的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)APF能效標(biāo)準(zhǔn)在目前的ISO國家標(biāo)準(zhǔn)制定中,已被列為評(píng)價(jià)定速空調(diào)和變頻空調(diào)的指標(biāo)。兩種標(biāo)準(zhǔn)的最直觀區(qū)別是從空調(diào)機(jī)身上粘貼的能效標(biāo)識(shí)上識(shí)別。

  《GB 12021.3-2004 房間空調(diào)調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級(jí)》舊標(biāo)準(zhǔn),中國能效標(biāo)識(shí)劃分5個(gè)等級(jí):

  l等級(jí)1表示產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)水平,最節(jié)電,即耗能最低;

  l等級(jí)2表示比較節(jié)電;

  l等級(jí)3表示產(chǎn)品的能源效率為我國市場的平均水平;

  l等級(jí)4表示產(chǎn)品能源效率低于市場平均水平;

  l等級(jí)5是市場準(zhǔn)入指標(biāo),低于該等級(jí)要求的產(chǎn)品不允許生產(chǎn)和銷售。

  表1舊標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)能效等級(jí)

  

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  《GB 12021.3-2010 房間空調(diào)調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級(jí)》新標(biāo)準(zhǔn),中國能效標(biāo)識(shí)劃分3個(gè)等級(jí):

  l等級(jí)1比老標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)1能耗更低;

  l等級(jí)2相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)1;

  l等級(jí)3相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)2。

  表2新標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)能效等級(jí)

  

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  3.中國能效標(biāo)識(shí)分級(jí)的能效比

  能效比主要是指是在額定工況和規(guī)定條件下,空調(diào)進(jìn)行制冷運(yùn)行時(shí)實(shí)際制冷量與實(shí)際輸入功率之比。即制冷能效比EER和制熱能效比COP。數(shù)值越大意味著同等制冷氣量,消耗的功率越小越省電。通俗講,空調(diào)能效就是同樣多的電所產(chǎn)生的冷氣/暖氣有多少,能效越高的空調(diào)越省電。所有,空調(diào)能效比是衡量空調(diào)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。

  制冷量:空調(diào)主機(jī)實(shí)際制冷量。

  輸入功率:空調(diào)主機(jī)實(shí)際輸入功率(耗電量)。

  制冷量=C×M×ΔT=4.2×103 J/kg℃×M×(T回-T供)

  M=Q×h=D×1h=1000Ckg

  ΔT=(T回-T供)=(B-A)℃

  該數(shù)值的大小反映出不同空調(diào)器產(chǎn)品的節(jié)能情況。能效比數(shù)值越大,表明該產(chǎn)品使用時(shí)所需要消耗的電功率就越小,則在單位時(shí)間內(nèi),該空調(diào)器產(chǎn)品的耗電量也就相對(duì)越少,如表 3所示。

  表 3能效等級(jí)說明

 

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  一般節(jié)能,價(jià)格相對(duì)低

  在能效比計(jì)算的過程中,空調(diào)實(shí)際輸入功率的測試尤其重要,目前大部分廠家在家電行業(yè)功率測量的首選還是功率計(jì),既能夠完成對(duì)電壓、電流、功率、能耗等基本功能的測試,又可以對(duì)輸入端電壓、電流進(jìn)行諧波等初步分析和檢測。

  二、變頻空調(diào)家電測試的測試方案

  越來越多的空調(diào)采用變頻技術(shù),核心組件變頻器主要有整流、濾波、逆變、制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)及檢測單元組成,變頻器靠內(nèi)部的IGBT開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率;由于變頻器本身的整流逆變器會(huì)產(chǎn)生諧波,影響電網(wǎng)。而且由于變頻的應(yīng)用導(dǎo)致空調(diào)運(yùn)行過程中,工作電流大范圍變化,電流從幾十安到幾毫安。那么,到底什么樣的測量儀器才能滿足變頻空調(diào)的測試測量要求呢?

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  圖3APFC變頻器電壓電流波形圖

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  圖4普通變頻器電壓電流波形圖

  1.測試難點(diǎn)

  l采用交流變頻技術(shù)的空調(diào)核心組件變頻器,變頻器是電網(wǎng)中的非線性負(fù)載,變頻空調(diào)運(yùn)行時(shí),會(huì)產(chǎn)生豐富的高頻諧波分量;普通的功率測量儀器因帶寬限制,采樣率不夠,高頻成分可能測試不出,測量的數(shù)值會(huì)偏低、波形不是真實(shí)波形。

  l一般的功率測量儀器在積分模式下不支持自動(dòng)量程設(shè)置,無法滿足對(duì)變頻空調(diào)功率的準(zhǔn)確測量。

  2.解決方案

  那應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)以上測量難點(diǎn)呢?在家電的檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu),高精度的功率計(jì)已成為不可或缺的測量利器。致遠(yuǎn)電子PA310功率計(jì)以下特性,為變頻家電功耗測試、諧波測量等提供了可靠的解決方案。

  l基本功率精度可達(dá)0.1%,500Ks/s采樣率,300kHz帶寬,能夠高精度測量畸變波形中豐富的高次諧波;

  l標(biāo)配同步測量諧波(高達(dá)50次)與總諧波失真(THD)符合IEC61000-4-7諧波測量標(biāo)準(zhǔn),能夠解決目前變頻空調(diào)行業(yè)因諧波引發(fā)的測試不精準(zhǔn)情況;

  l采用全新的設(shè)計(jì)架構(gòu),在低功耗測量方面進(jìn)行多項(xiàng)優(yōu)化。在積分模式下能自動(dòng)切換量程,其最小測量電流低至25μA,能夠測量低至5mW的功耗,符合國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC62301、能源之星等)的測試;

  l配合本身對(duì)功耗和諧波的測試功能,利用可達(dá)100ms的快速數(shù)據(jù)更新周期能夠完美實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻空調(diào)輸入端的功率測試;

  l豐富的通信接口,免費(fèi)標(biāo)配的PAM上位機(jī)軟件,可實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、查看波形等。

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  圖5 300kHz準(zhǔn)確捕獲高頻信號(hào)

  三、待機(jī)功耗測量注意事項(xiàng)

  現(xiàn)場測試空調(diào)電機(jī)功耗時(shí),只有設(shè)置合適的參數(shù)、正確的接線才能獲得真實(shí)的待機(jī)功耗數(shù)據(jù)。

  1.預(yù)熱

  高精度測量儀器使用前一般需要預(yù)熱,設(shè)備的預(yù)熱是為了儀器內(nèi)部電子器件達(dá)到熱穩(wěn)定平衡以降低測量誤差;因電路中的電容電感等達(dá)到穩(wěn)態(tài),需要一定的時(shí)間,功率計(jì)建議至少開機(jī)30分鐘。

  2.儀器正確設(shè)置

  l量程選擇:結(jié)合被測信號(hào),電壓/電流選擇合適量程,建議量程選擇接近并大于測量值;選購傳感器時(shí),最好選擇量程與被測電流最大值接近的型號(hào),否則不但無法測量小電流,而且會(huì)增加量程誤差(所有傳感器都有測量盲區(qū),即低于某個(gè)數(shù)值之后測量不到數(shù)據(jù),一般是最大測試值的5%或10%);

  l選購傳感器的輸出和儀器的輸入相匹配:傳感器二次側(cè)電流輸出值不能低于儀器最小輸入有效值;

  l更新率設(shè)置:保證更新率時(shí)間大于被測信號(hào)10個(gè)周期,例如,電壓輸入頻率50Hz,建議更新周期選擇200ms以上;

  l需要選擇合適的同步源,當(dāng)被測對(duì)象是變頻空調(diào)輸入端,其電流波形的畸變相比電壓波形較大時(shí),請選擇電壓信號(hào)作為同步源;

  l當(dāng)基波頻率小于等于200Hz時(shí),建議打開頻率濾波器;

  l需要結(jié)合實(shí)際測量,在測量小電流信號(hào)時(shí),特別是1mA以下電流信號(hào),建議開啟線路濾波器。

  3.選擇合適接線方式

  l內(nèi)外接影響:測試負(fù)載接線方式有電流表內(nèi)接和外接兩種,測試大電流,選擇電流表外接,測試小電流,電流表外接。

  l雜散電容影響:電流測量接入點(diǎn)位于電位較低端(如零線),可以降低雜散電容對(duì)測量電路的影響。

  l測量線選擇:雜散不規(guī)則接線時(shí),測量環(huán)路中產(chǎn)生不能抵消的噪聲電壓,測量接線建議選擇同軸電纜或屏蔽雙絞線。


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