淺談能源之星影像設(shè)備產(chǎn)品測(cè)試

地球上的能源是有限的，節(jié)約能源，已是全人類的共識(shí)。隨著能源問(wèn)題越來(lái)越受到各個(gè)國(guó)家的關(guān)注，節(jié)能計(jì)劃也開(kāi)始逐步在一些國(guó)家開(kāi)展。能源之星（Energy Star），是一項(xiàng)由美國(guó)政府所主導(dǎo)，主要針對(duì)消費(fèi)性電子產(chǎn)品的能源節(jié)約計(jì)劃。能源之星計(jì)劃于1992年由美國(guó)環(huán)保署（EPA）所啟動(dòng)，目的是為了降低能源消耗及減少發(fā)電廠所排放的溫室效應(yīng)氣體。此計(jì)劃并不具強(qiáng)迫性，自發(fā)配合此計(jì)劃的廠商，就可以在其合格產(chǎn)品上貼上能源之星的標(biāo)簽。最早配合此計(jì)劃的產(chǎn)品主要是電腦等電器，之后逐漸延伸到電機(jī)、辦公室設(shè)備、照明、家電等。

能源之星計(jì)劃自1992年開(kāi)始在美國(guó)推廣以來(lái)，極具成效，目前已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一。它已成為普通大眾購(gòu)買能耗產(chǎn)品的決策依據(jù)之一，包括美國(guó)、加拿大、日本、中國(guó)臺(tái)灣、澳大利亞、新西蘭、歐盟等國(guó)家和地區(qū)都已普遍認(rèn)同該標(biāo)準(zhǔn)，并自2001年起每年一次召開(kāi)國(guó)際能源之星計(jì)劃會(huì)議?，F(xiàn)在，全球有28000種不同型號(hào)的終端耗能產(chǎn)品獲得了能源之星節(jié)能認(rèn)證，每年銷售能源之星產(chǎn)品超過(guò)10億件。這些產(chǎn)品主要集中在計(jì)算機(jī)及辦公設(shè)備，如顯示器、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、一體機(jī)等；家用電器和類似家用的產(chǎn)品如電冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)等領(lǐng)域。貼有能源之星標(biāo)志的產(chǎn)品不僅節(jié)約能源，減少空氣污染，從而節(jié)約成本資金，而且產(chǎn)品的品質(zhì)也更有保障。根據(jù)2006年12月底達(dá)成的協(xié)議，能源之星標(biāo)志將貼在歐洲市場(chǎng)所銷售的和出口到美國(guó)的高能效辦公設(shè)備上，這些設(shè)備包括計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)和掃描儀等。

圖1 簡(jiǎn)要測(cè)試過(guò)程

對(duì)于影像設(shè)備產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，主要涵蓋了打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀等。為確保環(huán)境狀況的變化不至于影響測(cè)試結(jié)果且測(cè)試結(jié)果具有可重復(fù)性，對(duì)該類產(chǎn)品是否符合能源之星標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行能耗測(cè)試時(shí)，必須具備規(guī)定的測(cè)試環(huán)境，如供電、環(huán)境、紙張等，而且對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行了一定的要求。

對(duì)于測(cè)試能耗的儀器，其主要要求有：

①具有真有效值的功率計(jì)或功率分析儀。
②頻率響應(yīng)至少為3kHz，主要考慮開(kāi)關(guān)電源引入的諧波（奇次波可達(dá)21次，IEC555建議參考到50次）。
③解析度按IEC62301要求，對(duì)于電功率小于10W的，解析度應(yīng)該大于 0.01W；對(duì)于功率在10～100W之間的，解析度應(yīng)該大于0.1W；對(duì)于功率大于100W的，解析度應(yīng)該大于1W。
④準(zhǔn)確度在所有情況下應(yīng)該大于 5％的準(zhǔn)確度，對(duì)于功率低于0.5W的，準(zhǔn)確度需大于0.02W。
⑤測(cè)試儀器必須在12月內(nèi)進(jìn)行一次校正，以確保測(cè)試精度。

對(duì)于該類產(chǎn)品的測(cè)試，特別重視一個(gè)產(chǎn)品在具有代表性周期內(nèi)的正常操作下的典型用電量。TEC(典型用電量，Typical Electricity Consumption)對(duì)影像類產(chǎn)品的主要規(guī)則是測(cè)試一個(gè)星期的用電量，用千瓦/時(shí)來(lái)表示測(cè)得的用電量。測(cè)試過(guò)程中包括關(guān)閉狀態(tài)、完成/就緒狀態(tài)、休眠狀態(tài)、就緒/休眠狀態(tài)和自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)等。

對(duì)于測(cè)試來(lái)說(shuō)，要測(cè)試一個(gè)星期的用電量，是比較困難的，那么TEC建議采用一種包含休眠、四個(gè)工作及自動(dòng)休眠的簡(jiǎn)要測(cè)試過(guò)程（如圖1所示），然后通過(guò)計(jì)算，獲得一星期的用電量。
一個(gè)星期的電量可通過(guò)如下公式得到：

TEC=[(Job12)+((Jobs Per Day-2)(Job2+Job3+Job4)/3)]+(2Final Energy)+[24 hours-((Jobs per day/4)+(Final Time2))Sleep Power]5+(Sleep Power48)

變換得：

TEC=(Job110)+[(Jobs Per Day-2)((Job2+Job3+Job4)/3)5]+(10Final Energy)+[Sleep Power(168 hours-(Final Time10)-(Jobs per day1.25))]

我們從上面的要求及測(cè)試可知道，做該類產(chǎn)品能耗測(cè)試，其要求精度達(dá)到5％即可，看似要求不高，但做能耗測(cè)試時(shí)，進(jìn)行功率積分，測(cè)試儀器的量程是不能進(jìn)行切換的。那么，我們從測(cè)試過(guò)程中可以看出，該測(cè)試需測(cè)量包含工作時(shí)的大功率（大電流）狀態(tài)下及休眠時(shí)的小功率（小電流）狀態(tài)，從整個(gè)過(guò)程來(lái)看，是一個(gè)間歇過(guò)程的測(cè)試。根據(jù)測(cè)試誤差理論，數(shù)字化測(cè)試儀器的誤差包含讀書(shū)誤差及量程誤差。該測(cè)試對(duì)測(cè)試儀器的精度主要考驗(yàn)在大電流量程中測(cè)試小電流精度，并且間歇時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)小電流的誤差對(duì)整體誤差影響越大。因此，測(cè)試待機(jī)或休眠時(shí)的功率誤差起決定作用，而待機(jī)或休眠的功率誤差主要由量程誤差決定。

假設(shè)測(cè)試產(chǎn)品在某一段時(shí)間t內(nèi)，其損耗功率為P。

那么Wh＝Pt
得到：

變換為：

即： （1）

由式子（1）中，一般測(cè)試儀器時(shí)鐘精度都很高，這里忽略儀器時(shí)鐘精度，因此，影響能耗測(cè)試誤差主要由功率誤差決定。那么，式（1）可簡(jiǎn)化為。

下面以橫河電機(jī)（YOKOGAWA）的WT210和WT3000的功率精度對(duì)該測(cè)試進(jìn)行誤差分析比較，來(lái)分析影像類產(chǎn)品的能源之星測(cè)試對(duì)測(cè)試儀器精度的要求。

WT210功率精度：（讀數(shù)的0.1%＋量程的0.1%），45Hz≤f≤66Hz。

WT3000功率精度：（讀數(shù)的 0.02%＋量程的0.04%），45Hz≤f≤66Hz。

影像類某產(chǎn)品待機(jī)或休眠時(shí)電流為i，工作電壓為220V，工作時(shí)其電流量程為I，測(cè)試儀器(WT210和WT3000)電壓量程為300V?？捎?jì)算得到功率量程為（300I）W，待機(jī)或休眠損耗功率為（220i）W。
那么待機(jī)或休眠時(shí)功率誤差為，

WT210：

那么，當(dāng)測(cè)試該產(chǎn)品滿足能源之星要求時(shí)，須（3I/22i）%≤4.9％，即I/i≤35.93 （2）

WT3000：

那么，當(dāng)測(cè)試該產(chǎn)品滿足能源之星要求時(shí)， 須 (12I/220i)%≤4.98，即I/i≤91.3 （3）

通過(guò)式（2）和（3），可以知道，當(dāng)影像類產(chǎn)品最大工作電流確定后（即可確定電流量程），那么對(duì)這兩種功率測(cè)試儀器做能源之星可測(cè)試的最小待機(jī)或休眠電流隨之可以確定。當(dāng)然該分析僅從待機(jī)或休眠功耗進(jìn)行誤差的影像分析，沒(méi)考慮間歇時(shí)間長(zhǎng)短的影響。根據(jù)前述能源之星測(cè)試要求，其中間過(guò)程休眠和間歇時(shí)間占整個(gè)測(cè)試時(shí)間的比例是很大的，因此，對(duì)測(cè)試儀器精度的要求就更高。從以上兩個(gè)式子可以知道，WT3000功率分析儀在大電流量程時(shí)可以測(cè)試更小的待機(jī)或休眠電流而能符合能源之星測(cè)試要求。

橫河電機(jī)提供的WT3000是一種新型的寬頻功率分析儀，測(cè)量頻率范圍為直流或0.1～1MHz交流，測(cè)量精度為（讀數(shù)的0.02%＋量程的0.04%），電壓電流有豐富的量程選擇。WT3000可進(jìn)行符合IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)的諧波測(cè)試，可進(jìn)行符合IEC61000-3-3標(biāo)準(zhǔn)電壓波動(dòng)/閃變的測(cè)量。下面以WT3000對(duì)某型號(hào)復(fù)印機(jī)進(jìn)行TEC測(cè)試案例，數(shù)據(jù)采集為每秒1次，所得能耗曲線如圖2所示。

圖2 WT3000測(cè)試實(shí)例

當(dāng)今，能源問(wèn)題已引起各國(guó)的普遍關(guān)注，節(jié)能成為全球的必然趨勢(shì)，我國(guó)政府已開(kāi)始高度重視并大力倡導(dǎo)減排增效建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，并且隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，產(chǎn)品大量出口到歐美國(guó)家，關(guān)注和適應(yīng)能源之星計(jì)劃也將成為企業(yè)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。