變頻空調(diào)待機(jī)功耗測(cè)試難點(diǎn)及解決方案

一、中國能效標(biāo)識(shí)和待機(jī)功耗的測(cè)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。

圖1五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)能效標(biāo)識(shí)

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(chǎng)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)：

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；

等級(jí)2表示比較節(jié)電；

等級(jí)3表示產(chǎn)品的能源效率為我國市場(chǎng)的平均水平；

等級(jí)4表示產(chǎn)品能源效率低于市場(chǎng)平均水平；

等級(jí)5是市場(chǎng)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)

《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)：

等級(jí)1比老標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)1能耗更低；

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

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)

1.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

在能效比計(jì)算的過程中，空調(diào)實(shí)際輸入功率的測(cè)試尤其重要，目前大部分廠家在家電行業(yè)功率測(cè)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(cè)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(cè)。

二、變頻空調(diào)家電測(cè)試的測(cè)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(cè)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(cè)量儀器才能滿足變頻空調(diào)的測(cè)試測(cè)量要求呢？

圖3APFC變頻器電壓電流波形圖

圖4普通變頻器電壓電流波形圖

1.測(cè)試難點(diǎn)

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(cè)量儀器因帶寬限制，采樣率不夠，高頻成分可能測(cè)試不出，測(cè)量的數(shù)值會(huì)偏低、波形不是真實(shí)波形。

一般的功率測(cè)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(cè)量。

2.解決方案

那應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)以上測(cè)量難點(diǎn)呢？在家電的檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，高精度的功率計(jì)已成為不可或缺的測(cè)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(cè)試、諧波測(cè)量等提供了可靠的解決方案。

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(cè)量畸變波形中豐富的高次諧波；

標(biāo)配同步測(cè)量諧波（高達(dá)50次）與總諧波失真（THD）符合IEC61000-4-7諧波測(cè)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(cè)試不精準(zhǔn)情況；

采用全新的設(shè)計(jì)架構(gòu)，在低功耗測(cè)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(cè)量電流低至25μA，能夠測(cè)量低至5mW的功耗，符合國際標(biāo)準(zhǔn)（IEC62301、能源之星等）的測(cè)試；

配合本身對(duì)功耗和諧波的測(cè)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(cè)試；

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。

圖5 300kHz準(zhǔn)確捕獲高頻信號(hào)

三、待機(jī)功耗測(cè)量注意事項(xiàng)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)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(cè)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

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

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；

更新率設(shè)置：保證更新率時(shí)間大于被測(cè)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；

需要選擇合適的同步源，當(dāng)被測(cè)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(qǐng)選擇電壓信號(hào)作為同步源；

當(dāng)基波頻率小于等于200Hz時(shí)，建議打開頻率濾波器；

需要結(jié)合實(shí)際測(cè)量，在測(cè)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

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

雜散電容影響：電流測(cè)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(cè)量電路的影響。

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