4. časť; Séria N4L: Meranie spotreby energie v režime spánku (Standby) podľa IEC62301

Meranie spotreby energie v režime spánku v Standby analyzátore Newtons4th.

Tento článok sa zaoberá možnosťami využitia analyzátorov spoločnosti Newtons4th pri meraní a analýze spotreby v režime Standby.

Odhady energie typicky vymazanej v domácnostiach elektronickými zariadeniami v pohotovostnom režime (Standby) sa pohybujú od 5% do 15% celkovej spotreby energie v domácnostiach.

Finančné náklady a vplyv tejto stratenej energie na životné prostredie teraz priťahuje medzinárodnú pozornosť.

Táto znalosť viedla k normám, ktoré nútia výrobcu elektronických výrobkov znížiť spotrebu týchto zariadení, ak nie sú v normálnom pracovnom režime.

Medzinárodné normy

Symbol klidového režimu

Medzinárodne uznávanou normou pre techniku merania a presnosť merania pre spotrebu v pokoji je IEC62301. IEC (International Electrotechnical Commission) je svetová organizácia pre normalizáciu zahŕňajúca všetky národné elektrotechnické výbory (IEC National Committees). Každý regulátor, ktorý chce použiť inú techniku, ako je definovaná v IEC, musí samostatne definovať odlišnosti, takže vo väčšine prípadov regulátori prijali normu IEC62301.

 Miestne normy zahŕňajú:

Energy Star, Blue Angel, EcoDesign, Top Runner a Nordic Swan.

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené príklady limitov pre napájacie adaptéry. Potom preskúmame, s akými výzvami sa stretli tvorcovia výkonnostných analyzátorov pri riešení merania spotreby v pokoji a ako tieto výzvy prekonali.

Príklad limitov – napájacie adaptéry

Regulační autority a limity účinnosti napájecích zdrojů

Typické slabiny analyzátorov výkonu

Niektorí výrobcovia analyzátorov výkonu tvrdia, že majú „riešenie“ na testovanie podľa IEC62301, ale vo všeobecnosti majú tieto výrobky slabé stránky.

Dva najčastejšie nedostatky sú:

Průběh skutečné klidové spotřeby a naměřené hodnoty

  1. Dlhá integrácia potrebná na zabezpečenie stabilného odčítania výkonu. Ak nameraný výkon nie je stabilný, IEC umožňuje dlhé intervaly merania na dosiahnutie stabilného odčítania. Táto nestabilita sa však týka analyzátora výkonu, nie skúšaného zariadenia. Vysoko výkonné analyzátory výkonu môžu dosiahnuť stabilitu merania v krátkom časovom období merania, takže minimálny skúšobný čas sa môže dosiahnuť.
  2. Na meranie malých prúdov sú potrebné vonkajšie bočniky. Pre aplikácie s nízkym prúdom k 1mA môžu byť užitočné vonkajšie prúdové bočniky, ale nie je to potrebné pre skúšky podľa IEC62301. Vonkajšie bočníky vnášajú do systému komplikácie a možné chyby. Najlepšie analyzátory výkonu sa môžu skúšať podľa IEC62301 len s použitím vnútorných bočniku.V tomto prípade analyzátor PPA5500 s priamym vstupom 300Apk a 30Arms ľahko meria krivku pokoja s hodnotou 24mApk a 8,5mArms pri nízkom výkone.

Průběh napětí a proudu na obrazovce analyzátoru výkonu

Skúšky podľa IEC62301

Ako už bolo uvedené, program Energy Star spolu so všetkými základnými normami týkajúcimi sa odberu vzoriek v režime spánku teraz vníma IEC62301 ako referenciu pre techniky merania a presnosť.Podmínky měření klidové spotřeby dle IEC62301

Stanovisko programu Energy Star

„Pre meracie prístroje je tiež vhodné, aby boli schopné priemerovať výkon presne po užívateľovi nastavený čas.“ 

„Alternatívne by meracie prístroje mali byť schopné integrovať energiu po akomkoľvek časovom intervale zvolenom užívateľom s rozlíšením energie menším alebo rovnajúcim sa 0,1 mWh a časom integrácie menším alebo rovnajúcim sa 1 sekunde.“

Je kĺudová spotreba periodicka?

V podmienkach malého výkonu je určite dôležité, aby použitý merací prístroj mal kanál s dostatočnou citlivosťou na meranie minimálneho predpokladaného prúdu.

Pravidelný pulsující odběr

So sinusovou krivkou prúdu to môže byť relatívne ľahké, ale s pulzujúcim zberom prúdu ako je na obrázku vyššie, ktorý produkuje vysoký crest faktor (CF), sa to stáva ťažším.

Problém sa ďalej komplikuje s testovaným zariadením, ktoré predvádza prúdové impulzy v čase nízkej spotreby.

Všeobecnou chybou, ktorú robí mnoho výrobcov prístrojov, je predpoklad, že profil spotreby v pokoji je periodický a tak môže byť presne kvantifikovaný s medzerami medzi meraniami integrácie po dlhý časový interval. Ale nie je to tak.

Meranie skutočnej spotreby energie v kľudovem režime

Reálný odběr proudu v režimu klidové spotřeby

Křivka na obrázku výše je blíže k té, se kterou se může setkat analyzátor výkonu, měří klikovou spotřebu.

V praxi nejsou v režimu nízké spotřeby energie symetrické a ve skutečnosti to platí pro mnoho tradičně navržených napájecích zdrojů se stálou spotřebou cyklu po cyklu. Aby se získala skutečná hodnota výkonu v klidu, musí být správný analyzátor výkonu měřen nepřetržitě, aby nedošlo k vynechání žádné události. Většina analyzátorů výkonu však vytváří mezery mezi měřicími okny, takže hlavní příčinou nestability měřeného výkonu je často měřicí zařízení, nikoli zkušební zařízení.

Typická analýza výkonu

Typická ztrátová analýza výkonu

Väčšina analyzátorov výkonu robí medzery medzi okienkami merania s neperiodickou spotrebou prúdu alebo po niekoľko krokov vyčkáva. Tieto postupy môžu udalosti stratiť a poskytnúť len priemernú odmenu namiesto skutočného merania.

Ak sa zvolí merací prístroj bez medzier, meranie spotreby môže zahŕňať všetky udalosti. Na základe pulznej povahy väčšiny profilov  kľudové spotreby sa zvyčajne berú do úvahy len prúdové impulzy. Je však veľmi dôležité presne merať aj zostatkový prúd medzi impulzmi, pretože ten často predstavuje značnú časť celkovej  kľudové spotreby.

Ideálne riešenie

Ideální analýza výkonu pro měření klidové spotřeby

Ideálne riešenie by malo mať súvislé okná s premenlivou dĺžkou merania, ktoré sú automaticky prispôsobené meniacemu sa intervalu medzi impulzmi prúdu. Takto bude meranie výkonu rýchlo odzrkadľovať skutočnú spotrebu v pokoji.

kľudový režim a séria PPA – 1 z 5 cyklov

Tu sa opisuje meranie troch rôznych cyklov v režime nízkej spotreby pomocou priameho pripojenia k štandardným napäťovým a prúdovým vstupom analyzátora výkonu série PPA.

Obrazovky v režimu analyzátoru výkonu a RMS voltmetru (měření 1 z 5 cyklů)
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cyklus zaťaženia 1: 5 s opakovaním 10 Hz / Pozn.: 23,82mApk / 8,5597mArms = 2,78 CF

Obrazovky v režimu analyzátoru výkonu a RMS voltmetru (měření 1 z 20 cyklů)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cyklus zaťaženia 1: 20 s opakovaním 2,5 Hz / Pozn. 23,48mApk / 4,9461mArms = 4,75 CF

Obrazovky v režimu analyzátoru výkonu a RMS voltmetru (měření 1 z 50 cyklů)
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cyklus zaťaženia 1: 50 s opakovaním 1 Hz / Pozn. 23,47mApk / 3,7884mArms = 6,19 CF

Séria analyzátorov výkonu PPA ponúka špičkové možnosti merania spotreby v kľudovem režimu, podľa IEC62301, vďaka veľkému rozsahu frekvencie, crest faktora a frekvencie odberu vzoriek v kombinácii s unikátnou technológiou prúdových bočníků a súvislej analýzy.

Presnosť IEC62301 a EnergyStar

Súlad s požiadavkami IEC62301 si vyžaduje schopnosť udržiavať špecifikovanú presnosť počas merania každého skúšaného zariadenia v kludovém režime. Analyzátory výkonu série PPA musia zaručovať požadovanú presnosť.

Požadovaná presnosť merania výkonu@ > 0,5W = 2,0%
PPA2530 meria s presnosťou do 0,2%
Požadovaná presnosť merania výkonu @ < 0,5W = 0,01W
PPA2530 meria s presnosťou do 0,001W

 

 

 

 

 

V norme sa uvádza, že povolené meradlá budú mať „rozlíšenie výkonu 1mW a lepšie“ a že „Meranie výkonu menej ako 0,5W by malo byť s neistotou rovnajúcou sa alebo menšou ako 0,01W s 95% spoľahlivosťou“. Ideálnym riešením merania bude teda rozlíšenie 0,0001W.

Poznámka IEC62301 tiež špecifikuje skúšobné podmienky, za ktorých by sa malo meranie výkonu vykonávať. Celkový obsah harmonického napájacieho napätia (do 13 vrátane) musí byť menší ako 2%. Crest faktor napätia by mal byť medzi 1,34 a 1,49.

Môžete overiť presnosť výkonu?

Vzhľadom na zložitý charakter spotreby v kľudovém režime sa vyhlásenia o presnosti zvyčajne vypracúvajú bez podporných dôkazov. Vo všeobecnosti však v iných oblastiach metrológie možno presnosť výkonu overiť porovnaním výsledkov meraní so známou alebo vypočítanou referenciou.

V tomto prípade sa vyžadujú tri ovplyvniteľné prvky:

  1. Horná úroveň signálu – predstavuje „pulz“ (interval aktivity)
  2. Spodná úroveň signálu – predstavuje „mŕtve pásmo“ (interval kľudu)
  3. Voliteľný cyklus zaťaženia medzi týmito dvoma úrovňami

Ak je každý signál konštantný, meranie zodpovedajúceho výkonu na hornej a dolnej úrovni signálu je celkom pravdivé. Odvodzovanie správneho výkonu z kompozitného signálu o definovanom cykle zaťaženia potom spočíva v jednoduchom pomernom výpočte.

Obrazovky při měření spotřeby s externím bočníkem

 

 

 

 


 

 

 

Vonkajší bočník (0,47mΩ 3Arms 30Apk)​

Obrazovky při měření spotřeby s interním bočníkem
 

 

 

 

 

 

 

Vnútorný bočník (0,01mΩ 30Arms 300Apk)​

Z meraní výkonu v intervaloch odberu vzoriek (on) a odstávok (off) možno vypočítať simulácie spotreby energie v  kĺudovém režime takto:

Výpočet simulací klidové spotřeby

Skutočná skúška 1 z 5 cyklov spotreby v  kľudovém režime

Teraz použijeme rovnaký zdroj energie ako pri predchádzajúcom meraní a nastavíme ho do režimu 1 z 5 cyklov spotreby elektrickej energie v kĺudovém režime.

Spotreba energie v kľudovém režime 1 z 5 cyklov vypočítaná vyššie z intervalov On a Off:

Odber 1:4 0,55W + 0,097W = 0,647W

Obrazovky při měření spotřeby s externím bočníkem

 

 

 

 

 


 

Vonkajší​ bočník

Obrazovky při měření spotřeby s interním bočníkem

 

 

 

 

 


 

Interný bočník​

Uvedené obrázky zobrazujú prístroj, ktorý meria spotrebu veľmi presne 1 z 5 cyklov.

1 z 20 cyklov spotreby v režime spánku

Porovnání obrazovek analyzátoru výkonu při měření s interním a externím bočníkem
 

 

 

 

 

 

Vnútorný bočník / Vonkajší bočník

Odber 1:19

= 1/20 on + 19/20 off
= 0,1375W + 0,115W
= 0,252W

1 z 50 cyklov spotreby v kĺudovém režime

Porovnání obrazovek analyzátoru výkonu při měření s interním a externím bočníkem
 

 

 

 

 

 

 

Vnútorný bočník / Vonkajší bočník

Úplné riešenie podľa IEC62301 od N4L

Program Standby POWER vykonáva testovanie v súlade s IEC62301 v štyroch jednoduchých krokoch.

Krok 1:

Uveďte podrobnosti o testovanom zariadení a skúšobnom prostredí; dátum, čas a podrobnosti o meracom prístroji sa vložia kliknutím na tlačidlo.

Obrazovka programu Standby POWER - detaily testu

Krok 2:

Menovité parametre testu sú načítané kliknutím na tlačidlo „Read Data“. Všetky hodnoty sa merajú k požadovaným limitom.

Obrazovka programu Standby POWER - podmínky testu

Krok 3:

Spustte skúšku pomocou tlačidla „Start“ a zastavte tlačidlo „Stop“ alebo nastavte čas merania, kliknite na tlačidlo „Run“ a začne sa skúška spotreby v pokoji. Po odpočítaní požadovaného času automaticky zastaví.

Obrazovka programu Standby POWER - ovládání testu

Krok 4:

Na konci manuálneho alebo automatického testu kliknite na tlačidlo „Export to .xls“ a otvorte tabuľku so všetkými podrobnosťami, podmienkami a výsledkami testu. Tabuľku je možné uložiť do ľubovoľného súboru a je predformátovaná pre priamu tlač.

Príklad skúšky spotreby energie v kĺudovém režime podľa IEC62301

Report o testu z programu Standby POWER

Všetky časti seriálu nájdete tu.

V případě další dotazů k tématu. Nás neváhejte kontaktovat.

Otázka na ďalšie podrobnosti

Položky označené hviezdičkou (*) sú povinné.

Vyplnením formulára a potvrdením linku v emaile, ktorý dostanete na vyššie vami uvedenú emailovú adresu, dávate tiež súhlas so spracovaním vami uvedených údajov a ich použitím spoločnosťou Blue Panther, s.r.o. za účelom budovanie obchodného vzťahu s vami. Uvedené údaje sú zabezpečené, nebudú zverejnené ani odovzdávané tretím stranám. S osobnými údajmi bude nakladané plne v súlade s ustanovením zákona č. 101/2000 Zb. O ochrane osobných údajov a v súlade s Nariadením Európskeho parlamentu a Rady (EÚ) 2016/679 (GDPR).

Radi by sme zostali s cami v kontakte a zasielali vám pozvánky na semináre, odborné školenia, newslettry, ktoré vás informujú o aktuálnom dianí v odbore, prinášajú informácie o produktoch, špeciálnych ponukách alebo ponúkajú konkrétne rady a postupy. Registráciou nám dávate súhlas so zasielaním tejto marketingovej komunikácie. Váš súhlas so spracovaním vašich údajov alebo zasielaním marketingovej komunikácie môžete kedykoľvek odvolať zaslaním vašej požiadavky na email info@blue-panther.cz. Tiež máte právo na rovnakom emailu organizovať o výmaz vašich údajov.

Viac informácií o spracovaní vašich údajov nájdete na www.blue-panther.sk/ochrana-osobnych-udajov.

Kontaktujte nás

Bohumil Vítovec
Telefón: +420 604 273 701

Ing. Jaroslav Smetana
Telefón: +420 241 762 724

Analyzátor kvality výkonu N4L PPA4500

Vysoko presný analyzátor kvality elektrického výkonu. Je predurčený k meranie strát transformátora, účinnosti PWM meničov, kľudové spotreby podľa IEC62301 / EN50564 a k mnohým ďalším náročným aplikáciám.

Analyzátor kvality výkonu N4L PPA5500

Analyzátor kvality elektrického výkonu poskytujúce najvyššiu presnosť a rýchlosť. Rozširuje rozsah analýzy výkonu pre tých, ktorí žiadajú špičkový prístroj pre analýzu výkonu.

Analyzátor kvality výkonu N4L PPA5500-TE Edícia Transformer

Najpresnejší analyzátor výkonu transformátora na svete.

Analyzátor kvality výkonu N4L radu PPA1500

Analyzátor kvality siete rady PPA1500 je vysoko výkonný kompaktný analyzátor kvality elektrickej energie, ktorý ponúka zaujímavý pomer cena výkon.

Analyzátor kvality výkonu radu N4L PPA500

Analyzátor kvality siete rady PPA500 spája presnosť radu analyzátorov kvality s potrebou vysokého výkonu analýzy kvality energie za nízku cenu. Je ideálnym riešením pre aplikácie vyžadujúce presné merania vo výrobnom a skúšobnom prostredí. Nízka cena analyzátora energie PPA500 predstavuje veľkú príležitosť pre systémových integrátorov, hľadajúci presnú a spoľahlivú analýzu.

Analyzátor výkonu a kvality siete 1 ~ 6 fáz N4L PPA3500

Analyzátor výkonu 1 ~ 6 fáz N4L PPA3500

Programovateľné zdroje napätia N4L radu N4A

Zdroje striedavého napätia 3 - 67kVA (DC + 0,01Hz až 1kHz) 1 alebo 3 fázové s minimálnym nežiadúcim skreslením, avšak s užívateľsky konfigurovateľným harmonickým generátorom pre syntézu aj replikáciu priebehov.

Prístroje pre vývoj a výskum

Stolní a laboratorní přístroje pro použití ve vývojových a školních laboratořích a průmyslových zkušebnách. Digitální a paměťové osciloskopy, spektrální analyzátory, generátory funkcí, garbitrární generátory, RLC metry, laboratorní zdroje, stolní multimetry, nízkofrekvenční milivoltmetry, testery bezpečnoti a tad .