大多數工程師喜歡高效能和節約,出於這樣的目的,我買了兩個交流電表。Kill a Watt是一個漂亮的測量儀(圖1),可隨時方便地測量電器的功耗。對於任何電子設備,它都可以立即顯示測量讀數。它整合了W-hr功能,但不記錄任何內容或將測量結果輸入到電腦。Kill a Watt顯示電壓、功率、安培數、功率因數、頻率、伏安、能量和完成任務所花的時間。

20171208NT01P1 圖1 將任何120V ac插頭連接到Kill A Watt,它會讀出功耗、功率因數和其他參數。

Kill A Watt不記錄資料,也不會把資料下載到試算表或圖形程式中。畢竟它只值20美元,我們不能期望太多。我用另一款測量儀Watts Up?Pro(圖2)來記錄資料,但是這種設備現在已經停產了。Microchip、ADI、ST、Atmel、Silergy等公司都已經能生產微型功率計晶片,希望將來有人能利用這些晶片製造出適合小插座的資料記錄儀。110美元的Watts Up?Pro雖然有點難用,但還算過得去。

20171208NT01P2 圖2 Watts Up?Pro也可像Kill A Watt那樣測量電器功耗,不過它是將資料存儲在記憶體中,而且數小時的測量資料可下載到電腦中。

先來看看我的Maytag冰箱的功耗情況。經過一番戳及刺的安裝過程,設置好了Watts Up?Pro,我準備讓它工作幾小時記錄資料(圖3)。

20171208NT01P3 圖3 Watts Up?Pro記錄了Maytag冰箱的運作情況。峰值功率接近900W、工作功率200W、平均功率73W。

圖中可以看到冰箱的壓縮機有一個大的峰值功率,約900瓦,1~2秒後下降到200W。工作週期約為37%,這意味著冰箱的平均功率大約是73W。在矽谷,24/7W的價格每年大約在1美元左右,所以我的冰箱每年要花掉我約73美元。

看這些資料時要仔細。從圖3可以看出,峰值是不相等的,這說明資料的採集很粗糙,並且每秒鐘採集的樣本數太少,因而無法準確記錄峰值功率。Watts Up?Pro的一個缺點是取樣速率最快只有每秒1個樣本(圖4)。從圖中可以看到頂部很尖,代表良好的資料。峰值功率可能會更大。當功率值緩慢降到200W時出現了一個階梯,這顯示了Watts Up?Pro的幅度解析度限值。

20171208NT01P4 圖4 冰箱馬達開啟的功耗。從圖中可以看出,1秒的取樣速率不足以捕獲真正的峰值功率,馬達工作時功率因數下降,電壓和頻率基本上穩定。

我很高興能夠看到我的家電在使用時的功耗。我將印表機插入Watts Up?Pro(圖5),從圖中可以看到,在定影輥加熱時有一段較長的初始峰值,同時每一頁從印表機列印出來時也出現峰值。跟前面一樣,峰值不等意味著取樣速率不夠快。好的一面是印表機待機時耗電很小。

20171208NT01P5 圖5 Brother印表機列印時,峰值功耗接近1,200W。

在這個圖表中很難看出印表機待機時的功耗,所以將Y軸轉換成對數刻度(圖6),這樣就很容易看到待機時的功耗約為12W,並且最後還會下降到10W。同樣,將圖3的Y軸也轉換成對數刻度,可以看到更多的細節——Maytag冰箱待機時的功耗約為3W(圖7)。

20171208NT01P6 圖6 使用對數刻度顯示印表機的功耗,可以看出待機時功耗略高於13W。

20171208NT01P7 圖7 以對數刻度顯示冰箱待機時功率雖小但仍可測量(3W)。

這些測量儀讓我收穫頗豐。值得一提的一件事是我看到我的Denon接收機靜態功率很大,超過120W,並且沒有訊號。TI的放大器應用工程師Paul Grohe解釋,那些現代化的接收器都有一個DSP,提供音調控制和混響等功能,即使沒有輸出,它們仍然消耗很多功率。我有一個老式Sony類比身歷聲音響,在沒有訊號時消耗的功率低於10W。當我睡覺的時候,我會關掉Denon。Grohe說,機上盒的情況更糟。因為有線和衛星公司只關心機上盒的價格是否夠便宜,而不在乎你會為此支付多少電費。然而每天關閉機上盒非常麻煩,因為重新開啟機上盒的時候,所有資料都需要很長時間才能正常下載。

Kill a Watt是一個既方便又價廉的工具。在我購買這些儀表幾年之後,PG&E為智慧型儀器表配上了LED來顯示讀數。老天,幾百瓦的功耗!它們是哪裡來的?我明明關掉了所有的電器呀!罪魁禍首是插在牆壁上的數個適配器,以及電視機的靜態功耗。因此我在娛樂系統中改用插排,這樣就可以切斷所有設備的交流電源。但還有10瓦功耗,它來自何方,我百思不得其解。Grohe替我解開了這一困惑——「如果所有電器的插頭都已經拔掉了,那麼這10W功耗就是壁爐上的變壓器消耗的。」我想幾個瓦特我還是可以忍受的,即使這每年會花掉我10美元。

(參考原文: Measuring appliance power consumption,by Paul Rako,由EDN China Jenny Liao編譯整理)