大多数工程师喜欢高效和节约,出于这样的目的,我买了两个交流电表。Kill a Watt是一个漂亮的测量仪(图1),可随时方便地测量电器的功耗。对于任何电子设备,它都可以立即显示测量读数。它集成了W-hr功能,但不记录任何内容或将测量结果输入到计算机。 Kill a Watt显示电压、功率、安培数、功率因数、频率、伏安、能量和完成任务所花的时间。

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图1:将任何120V ac插头连接到Kill A Watt,它会读出功耗、功率因数和其它参数。

Kill A Watt不记录数据,也不会把数据下载到电子表格或图形程序中。毕竟它只值20美元,我们不能期望太多。我用另一款测量仪Watts Up? Pro(图2)来记录数据,但是这种设备现在已经停产了。Microchip、ADI、ST、Atmel、Silergy等公司都已经能生产微型功率计芯片,希望将来有人能利用这些芯片制造出适合小插座的数据记录仪。 110美元的Watts Up? Pro虽然有点难用,但还算过得去。

先来看看我的Maytag冰箱的功耗情况。捯饬了好一会儿,设置好了Watts Up? Pro,我准备让它工作几小时记录数据(图3)。

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图2: Watts Up?Pro也可以像Kill A Watt那样测量电器功耗,不过它是将数据存储在内存中,而且数小时的测量数据可以下载到计算机中。

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图3:Watts Up?Pro记录了我的Maytag冰箱的运行情况。峰值功率接近900W,工作功率200W,平均功率73W。

图中可以看到冰箱的压缩机有一个大的峰值功率,约900瓦,一两秒后下降到200W。占空比约为37%,这意味着冰箱的平均功率大约是73W。在硅谷,24/7 W的价格每年大约在1美元左右,所以我的冰箱每年要花掉我约73美元。

看这些数据时要仔细。从图3可以看出,峰值是不相等的,这说明数据的采集很粗糙,并且每秒钟采集的样本数太少,因而无法准确记录峰值功率。Watts Up? Pro的一个缺点是采样率最快只有每秒1个样本(图4)。从图中可以看到顶部很尖,代表良好的数据。峰值功率可能会更大。当功率值缓慢降到200W时出现了一个阶梯,这显示了Watts Up? Pro.的幅度分辨率限值。

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图4:冰箱电机开启的功耗。从图中可以看出,1秒的采样率不足以捕获真正的峰值功率。电机工作时功率因数下降,电压和频率基本上稳定。

我很高兴能够看到我的家电在使用时的功耗。我将打印机插入Watts Up? Pro(图5),从图中可以看到,在定影辊加热时有一段较长的初始峰值,同时每一页从打印机打印出来时也出现峰值。跟前面一样,峰值不等意味着取样速率不够快。好的一面是打印机空闲时耗电很小。

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图5:Brother打印机打印时,峰值功耗接近1200W。

在这个图表中很难看出打印机空闲时的功耗,所以将Y轴转换成对数刻度(图6),这样就很容易看到空闲时的功耗约为12W,并且最后还会下降到10W。同样,将图3的Y轴也转换成对数刻度,可以看到更多的细节——Maytag冰箱空闲时的功耗约为3W(图7)。

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图6:使用对数刻度显示打印机的功耗,可以看出空闲时功耗略高于13W。

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图7:以对数刻度显示冰箱空闲时功率虽小但仍可测量(3W)。

这些测量仪让我收获颇丰。值得一提的一件事是我看到我的Denon接收机静态功率很大,超过120W,并且没有信号。 TI的放大器应用工程师Paul Grohe解释说:“那些现代化的接收器都有一个DSP,提供音调控制和混响等功能,即使没有输出,它们仍然消耗很多功率。我有一个老式Sony模拟立体声音响,在没有信号时消耗的功率低于10W。当我去睡觉的时候,我会关掉Denon。Grohe说,机顶盒的情况更糟。因为有线和卫星公司只关心机顶盒的价格是否够便宜,而不在乎你会为此支付多少电费。然而每天关闭机顶盒非常麻烦,因为重新开启机顶盒的时候,所有数据都需要很长时间才能正常下载。

Kill a Watt是一个既方便又价廉的工具。在我购买这些仪表几年之后,PG&E为智能仪表配上了LED来显示读数。天,几百瓦的功耗!它们是哪里来的?我明明关掉了所有的电器呀!罪魁祸首是插在墙壁上的数个适配器,以及电视机的静态功耗。因此我在娱乐系统中改用插排,这样就可以切断所有设备的交流电源。可是还有10瓦功耗,它来自何方,我百思不得其解。Grohe替我解开了这一困惑:“哦,如果所有电器的插头都已经拔掉了,那么这10W功耗就是壁炉上的变压器消耗的。”我想几个瓦特我还是可以忍受的,即使这每年会花掉我10美元。

原文刊登在EDN美国网站,参考链接Measuring appliance power consumption,由Jenny Liao编译整理。

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