技术文章—变频空调待机功耗测试有何难点

概要：最近国内两大空调厂家就空调能效等级问题的交锋受到了广泛关注，那么在消费者要求越来越高和竞争激烈的环境下，生产企业又如何保证自己产品能效等级达标呢，本文将讲解功率计在空调能效等级验证测试的解决方案。

随着人们生活逐渐奔小康，空调使用越来越普及，用户在选购空调时对产品的耗电量越发关注，如何选择一款既低耗电又环保的产品越发重要。同时厂家如何保证自家出厂产品质量合格，符合自标的中国能效标识也是不容忽视的。

一、中国能效标识和待机功耗的测试关系

1. 什么是中国能效标识

能效标识也就是能源效率标识，是附在产品或产品最小包装物上的一种信息标签，用于表示用能产品能源效率等级、能源消耗量指标。目的是为用户和消费者的购买决策提供必要的信息，能够引导和帮助消费者选择高能效节能产品。

图1五级标准能效标识

图2三级标准标准能效标识

1. 中国能效标识等级

通常会在空调表面贴有一张长方形的白底蓝框的贴纸，纸头上写着中国能效标识。能效标识上单独标出是几级能效，就说明该款空调属于哪个等级的产品。空调能效等级是空调能效高低差别的一种划分能效等级方法。从2014年10月1日起，五级标准的SEER老标识的变频空调不允许在市场上流通销售。新的三级标准APF能效标准在目前的ISO国家标准制定中，已被列为评价定速空调和变频空调的指标。两种标准的最直观区别是从空调机身上粘贴的能效标识上识别。

《GB 12021.3-2004 房间空调调节器能效限定值及能效等级》旧标准，中国能效标识划分5个等级：

等级1表示产品达到国际先进水平，最节电，即耗能最低；

等级2表示比较节电；

等级3表示产品的能源效率为我国市场的平均水平；

等级4表示产品能源效率低于市场平均水平；

等级5是市场准入指标，低于该等级要求的产品不允许生产和销售。

表1旧标准空调能效等级

类型

额定制冷量

（CC）W

等效等级

1

2

3

4

5

整体式

3.10

2.90

2.70

2.50

2.30

分体式

CC≤4500

3.40

3.20

3.00

2.80

2.60

4500＜CC≤7100

3.30

3.10

2.90

2.70

2.50

7100＜CC≤14000

3.20

3.00

2.80

2.60

2.40

《GB 12021.3-2010 房间空调调节器能效限定值及能效等级》新标准，中国能效标识划分3个等级：

等级1比老标准等级1能耗更低；

等级2相当于旧标准等级1；

等级3相当于旧标准等级2。

表2新标准空调能效等级

类型

额定制冷量

（CC）W

等效等级

1

2

3

整体式

3.30

3.10

2.90

分体式

CC≤4500

3.60

3.40

3.20

4500＜CC≤7100

3.50

3.30

3.10

7100＜CC≤14000

3.40

3.20

3.00

1. 中国能效标识分级的能效比

能效比主要是指是在额定工况和规定条件下，空调进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比。即制冷能效比EER和制热能效比COP。数值越大意味着同等制冷气量，消耗的功率越小越省电。通俗讲，空调能效就是同样多的电所产生的冷气/暖气有多少，能效越高的空调越省电。所有，空调能效比是衡量空调性能优劣的重要指标。

制冷量：空调主机实际制冷量。

输入功率：空调主机实际输入功率（耗电量）。

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)℃

该数值的大小反映出不同空调器产品的节能情况。能效比数值越大，表明该产品使用时所需要消耗的电功率就越小，则在单位时间内，该空调器产品的耗电量也就相对越少，如表 3所示。

表 3能效等级说明

新能效等级含义说明

能效等级

耗电量说明

特点

1级能效

超省电

超节能，但价格高

2级能效

耗电量低

节能，价格适中

3级能效

较为节电

一般节能，价格相对低

在能效比计算的过程中，空调实际输入功率的测试尤其重要，目前大部分厂家在家电行业功率测量的首选还是功率计，既能够完成对电压、电流、功率、能耗等基本功能的测试，又可以对输入端电压、电流进行谐波等初步分析和检测。

二、变频空调家电测试的测试方案

越来越多的空调采用变频技术，核心组件变频器主要有整流、滤波、逆变、制动、驱动及检测单元组成，变频器靠内部的IGBT开断来调整输出电源的电压和频率；由于变频器本身的整流逆变器会产生谐波，影响电网。而且由于变频的应用导致空调运行过程中，工作电流大范围变化，电流从几十安到几毫安。那么，到底什么样的测量仪器才能满足变频空调的测试测量要求呢？

图3APFC变频器电压电流波形图

图4普通变频器电压电流波形图

1. 测试难点

采用交流变频技术的空调核心组件变频器，变频器是电网中的非线性负载，变频空调运行时，会产生丰富的高频谐波分量；普通的功率测量仪器因带宽限制，采样率不够，高频成分可能测试不出，测量的数值会偏低、波形不是真实波形。

一般的功率测量仪器在积分模式下不支持自动量程设置，无法满足对变频空调功率的准确测量。

1. 解决方案

那应该如何应对以上测量难点呢？在家电的检测认证机构，高精度的功率计已成为不可或缺的测量利器。致远电子PA310功率计以下特性，为变频家电功耗测试、谐波测量等提供了可靠的解决方案。

基本功率精度可达0.1%，500Ks/s采样率，300kHz带宽，能够高精度测量畸变波形中丰富的高次谐波；

标配同步测量谐波（高达50次）与总谐波失真（THD）符合IEC61000-4-7谐波测量标准，能够解决目前变频空调行业因谐波引发的测试不精准情况；

采用全新的设计架构，在低功耗测量方面进行多项优化。在积分模式下能自动切换量程，其最小测量电流低至25μA，能够测量低至5mW的功耗，符合国际标准（IEC62301、能源之星等）的测试；

配合本身对功耗和谐波的测试功能，利用可达100ms的快速数据更新周期能够完美实现对变频空调输入端的功率测试；

丰富的通信接口，免费标配的PAM上位机软件，可实时获取数据、存储数据、查看波形等。

图5 300kHz准确捕获高频信号

三、待机功耗测量注意事项

现场测试空调电机功耗时，只有设置合适的参数、正确的接线才能获得真实的待机功耗数据。

1. 预热

高精度测量仪器使用前一般需要预热，设备的预热是为了仪器内部电子器件达到热稳定平衡以降低测量误差；因电路中的电容电感等达到稳态，需要一定的时间，功率计建议至少开机30分钟。

1. 仪器正确设置

量程选择：结合被测信号，电压/电流选择合适量程，建议量程选择接近并大于测量值；选购传感器时，最好选择量程与被测电流最大值接近的型号，否则不但无法测量小电流，而且会增加量程误差（所有传感器都有测量盲区，即低于某个数值之后测量不到数据，一般是最大测试值的5%或10%）；

选购传感器的输出和仪器的输入相匹配：传感器二次侧电流输出值不能低于仪器最小输入有效值；

更新率设置：保证更新率时间大于被测信号10个周期，例如，电压输入频率50Hz，建议更新周期选择200ms以上；

需要选择合适的同步源，当被测对象是变频空调输入端，其电流波形的畸变相比电压波形较大时，请选择电压信号作为同步源；

当基波频率小于等于200Hz时，建议打开频率滤波器；

需要结合实际测量，在测量小电流信号时，特别是1mA以下电流信号，建议开启线路滤波器。

1. 选择合适接线方式

内外接影响：测试负载接线方式有电流表内接和外接两种，测试大电流，选择电流表外接，测试小电流，电流表外接。

杂散电容影响：电流测量接入点位于电位较低端（如零线），可以降低杂散电容对测量电路的影响。

测量线选择：杂散不规则接线时，测量环路中产生不能抵消的噪声电压，测量接线建议选择同轴电缆或屏蔽双绞线。