量測儀器與安規測試
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論功率計內阻造成的系統誤差

 

 

 

電器插在插座上即使處於關機或待機狀態依然會有電力消耗，試想全球的家庭/辦公室有多少電器設備，降低這種無功能狀態的功耗便是節能的重點策略之一，國際能源署(IEA)在1999年提出一瓦特倡議（1-Watt Initiative），目標是透過國際合作確保在2010年時，世界上所有新販售的家電在待機模式（standby mode）下的耗電量只能在1瓦以內，2013年要降到0.5瓦特，這也成為許多國家及區域的法規。

 

 

隨著節能技術的演進，歐盟ErP(Energy-Related Products)最新法規(EU)2023/826於2023年正式生效並將於2025年5月9日强制實施，此法規取代2008年的法規(EC) No.1275/2008，新法的修訂旨在根據技術進步而更新生態設計要求，簡而言之就是管的更寬、管得更嚴。

 

 

管的更寬：擴大了管制產品的範圍

 

 

  • 電動傢俱、電動建築物裝備，例如電動門、電動窗、電動百葉窗和電動窗簾等
  • 配備低壓(6V以下)外部電源的產品
  • 帶有充電電路的便攜式電池供電產品於電池充滿後的待機功耗
  • 除3D印表機外的印表機
  • 簡易機上盒等

 

 

既有及擴大管制的設備每年的銷量約有八億件，歐盟使用中的產品估計為50億件。

 

 

管得更嚴：

 

 

電器無功能狀態功耗分為：關機(off mode)；待機(Standby mode)；聯網待機(Networked standby mode)，表一為2025、2027兩階段的法規要求。

 

  

 

 

Energy efficiency requirements

Mode

 

From 2025-5-9

From 2027-5-9

Off mode

 

≤0.50W

≤0.3W

Standby mode

Without display

≤0.50W

With display

≤1.00W (Household tumble driers)

≤0.80W (Others)

Networked standby mode

HiNA equipment

8.00W

7.00W

Others

2.00W

表一：新法規的能效要求

 

 

網路可用性高的設備(Devices with high network availability, HiNA)：包含路由器、交換器、集線器、數據機、無線接入點、網路語音電話(Voice over Internet Protocol, VoIP) 或視訊電話等，以路由器、交換機或無線接入點作為次要(附帶)功能之設備，如：複合式機上盒亦屬HiNA。網路可用性低的設備(Devices with low network availability, LoNA)或其他連網設備：包含其他所有的連網設備。

 

 

歐盟預計到2030年新法規可帶來的節能效果：

 

 

  1. 每年的用電量將減少約5太瓦時
  2. 二氧化碳排放量將每年減少460萬噸
  3. 消費者將節省70億歐元的電費

 

 

 

IEC62301對量測設備的要求：

 

 

IEC 62301是量測家用電器待機功耗的國際標準。其所建議的量測設備，至少須符合以下參數。

 

 

規格要求

GPM-8213

功率解析度小於或等於1mW。

符合

具備時間積分器功能

符合

電能解析度小於等於1mWh，累計時間解析度小於等於1秒。

符合

波峰因數大於或等於3。

符合

最小電流範圍小於或等於10mA。

符合

有功功率包括交流和直流分量。

符合

具備超量程自動警報功能。

符合

可關閉自動量程功能。

符合

諧波頻寬大於或等於2.5kHz。

符合

表二：IEC 62301對功率計量測待機功耗的要求

 

 

 
圖二：固緯電子GPM-8213

 

 

 

 

 

為何固緯電子的GPM-8213功率計是量測待機功耗的首選?

 

 

功率計內部是由電壓表與電流表量測電壓、電流後計算功率，GPM-8213除了滿足上述IEC62301的要求外，更盡可能降低電壓表、電流表內阻造成的系統誤差。

 

 

量測的接線方式與系統誤差：

 

 

由於待機功耗所量測的信號屬於低功率、低電流的特性，數位功率計除了要有合適的量測檔位外，正確的量測接線也是成功量測的關鍵。

 

 

如圖三所示，量測時以電壓表並聯、電流表串聯來進行功耗量測，圖三(a)將電壓表並聯在接近待測物端，此時電流表所獲得之電流值是來自電壓表及待測物的總和，而電壓表所造成的誤差，對於數瓦特的功耗量測來說，影響並不大；但相較300~800毫瓦特的待機功耗來說，則影響甚巨。

 

 

圖三(b)將電壓表並聯在接近電源側，則電流表所獲得之電流值僅來自於待測物，即使電流表內阻也會造成量測上的誤差，但其影響如蒼海之一粟幾乎可以省略不計。

 

 

大多歐洲國家正逐漸將電壓調整成230 V、400 V，將這兩個電壓與2027年法規要求0.3W的關機模式為例來計算系統誤差對量測的影響。

 

  

 

Power loss calculation: by 230V input

GPM-8213 = (230V)2/2.4MΩ=22.04mW

Y Brand = (230V)2/2MΩ=26.45mW

V Brand = (230V)2/1MΩ=52.9mW

 

Power loss calculation: by 400V input

GPM-8213 = (400V)2/2.4MΩ=66.67mW

Y Brand = (400V)2/2MΩ=80mW

V Brand = (400V)2/1MΩ=160mW

Power loss calculation: by 0.3W/230V=1.3mA input

GPM-8213 = (1.3mA)2x500mΩ=845μW

Y Brand = (1.3mA)2x500mΩ=845μW

V Brand = (1.3mA)2x600mΩ=1.014mW

 

Power loss calculation: by 0.3W/400V=750μA input

GPM-8213 = (750μA)2x500mΩ=0.281μW

Y Brand = (750μA)2x500mΩ=0.281μW

V Brand = (750μA)2x600mΩ=0.337μW

Figure 3(a) Connection method and system error of general power consumption measurement

Figure 3(b) Connection method and measurement error of standby power consumption measurement

 

 

 

 

了解更多固緯電子GPM-8213 (單相)數位功率計的產品訊息。

GPM-8213: https://www.gwinstek.com/zh-TW/products/detail/GPM-8213

 

 

      


圖四：固緯電子擁有完整的功率量測產品組合：

單相數位功率計(GPM-8213左/GPM-8310中)，三相數位功率計(GPM-8330右)

 

 

 

參考文獻：

 

  1. 維基百科 https://en.wikipedia.org/wiki/One_Watt_Initiative
  2. 歐盟網站 https://commission.europa.eu/energy-climate-change-environment/standards-tools-and-labels/products-labelling-rules-and-requirements/energy-label-and-ecodesign/energy-efficient-products/mode-standby-and-networked-standby-devices_en

 

 

 

 

 

 

 

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