EO

Stand-by vermogen: de grootste energieverslinder?

21 december 2016 om 10:56 uur

Bij stand-by vermogen denken we al gauw aan een TV of blu-ray speler die in stand-by modus staat. Maar eigenlijk gaat het om alles waar we ook een afstandsbediening bij hebben, en die afstandsbediening is echter steeds vaker een telefoon of tablet. De tijd dat we met een echte schakelaar onze verlichting en apparatuur ‘aan' en ‘uit' zetten behoort bijna tot het verleden. Zeker als we ons gaan realiseren welke gevolgen het Internet of Things (IoT) zal hebben. Nu al zien we dat de fysieke powerschakelaar in veel gevallen letterlijk naar achteren verdwijnt. Het ligt dan ook in de lijn der verwachting dat in de nabije toekomst die fysieke schakelaar meer en meer terrein gaat verliezen. We moeten er ons dan ook van bewust zijn dat ‘uit' tegenwoordig heel vaak neerkomt op ‘een beetje aan'. De functie ‘stand-by' of ‘sleep mode' wordt gezien als het nieuwe ‘uit', maar echt ‘uit' lijkt al nauwelijks meer te bestaan.

 

Een belangrijke factor binnen het IoT wordt ongetwijfeld de manier waarop we verlichting kunnen en gaan gebruiken. De verlichting in het algemeen ondergaat momenteel al een fundamentele verandering. Deze transitie zal de komende jaren verder plaatsvinden en het is dan ook interessant om te zien hoe de verlichting nu al steeds vaker onderdeel gaat uitmaken van het Internet of Things.

 

Uit = aan

Het is zeker dat er de komende decennia een enorme toename te zien zal zijn van ‘slimme' apparaten, aangesloten op het elektriciteitsnet. Een recente studie van het International Energy Agency (IEA) voorspelt dat er al in 2020 zo'n 50 miljard ‘dingen' zijn aangesloten op het IoT en dat de gevolgen van de te verwachten energieconsumptie tot nu toe worden onderschat. De impact op het totale wereldwijde energieverbruik van het  toenemende ‘stand-by vermogen' en de daaraan gerelateerde modi zal dan ook zeker gevolgen hebben voor de noodzaak van het correct testen en meten van deze relatief lage vermogens. Dit zal al plaats moeten vinden bij de ontwikkeling van de desbetreffende slimme producten of in de daarvoor geaccrediteerde testhuizen.

 

Regelgeving

De Ecodesign Richtlijn van de Europese Commissie (2005/32/EC) heeft ten doel om de wereldwijde  impact van alle elektrische energieverbruikende producten terug te brengen. Hieronder valt ‘stand-by power', maar ook het totale energieverbruik tijdens de levensduur van het apparaat. Voor de verlichting is onderscheid te maken tussen directional lamps, light emitting diode lamps en de daaraan gerelateerde toestellen, zoals led-drivers. Belangrijke parameters, relevant voor led-drivers, zijn starttijd, stand-by vermogen en vermogensfactor. De recente ontwikkelingen van onder andere smart led-drivers en de smart led-lichtbronnen maakt de noodzaak tot het vastleggen van het belastingpatroon dan ook alleen maar groter en complexer. Het is zeker dat huidige regelgeving voor wat betreft stand-by vermogen en alle daaraan gerelateerde belastingmodi de komende jaren zal worden aangescherpt en uitgebreid, maar vast en zeker niet gelijke tred zal houden met de huidige ontwikkelingen van intelligente devices.

fig 1 

 

Figuur 1. Opstelling voor het meten van stand-by vermogen met een Newtons4th power analyzer  

 

Meten en analyseren

Het gedrag van een willekeurig device voor wat betreft de energie-opname vanuit het elektriciteitsnet kan dus nogal variabel zijn. Het is dan ook van het grootste belang dat het energiegebruik in verschillende stadia correct wordt gemeten (we spreken hierbij ook over cyclisch en niet-cyclisch gedrag).

In veel situaties kan er dan ook sprake zijn van relatief snelle belastingvariaties, die zich manifesteren als asynchrone stroompulsen. Instrumentatieleverancier Newtons4th heeft met zijn PPA-serie power analyzers een oplossing die garant staat voor het correct meten van het vermogen, waaronder stand-by  vermogen en alle daaraan gerelateerde modi. De PPA-serie combineert namelijk de real time DFT (discrete Fouriertransformatie) techniek met een variabel venster, waardoor er geen enkele stroompuls over het hoofd wordt gezien en garandeert hierbij voortdurend een optimale meetsnelheid en nauwkeurigheid (figuur 2).

 figuur 2

 

Figuur 2. Meten met een variabel venster voorkomt gemiste pulsen.

 

De PPA power analyzers hebben daarnaast een ongeëvenaard dynamisch bereik, zodat volledig conform EN50564:2011 (vervanging van IEC62301) en de Energy Star teststandaarden kan worden gemeten. In de speciale stand-by power modus worden automatisch de benodigde algoritmes geselecteerd waarmee de nauwkeurige ‘no gap' analyse wordt gedaan op de stroompulsen die zich vaak kenmerken door een hoge crestfactor (CF). Bij de power analyzers van Newtons4th wordt een gegarandeerde nauwkeurigheid gespecificeerd tot een CF van 20. Dit is van belang omdat in de normering wordt gesproken over het feit dat optredende stroomvormen makkelijk een crestfactor van 10 of hoger kunnen hebben.

 

De speciale stand-by modus laat de analyzer bij een hoge bemonsteringsfrequentie het gemeten vermogen integreren over een bepaalde tijd, waarna het gemiddelde vermogen wordt weergegeven.  

 

EN50564:2011 bevat voorschriften (figuur 3 en 4) over de benodigde testomgeving en testapparatuur voor dergelijke laag-vermogenmetingen. Een van de belangrijke items hierbij betreft het gebruik van een wisselspanningsvoeding. Een dergelijke unit wordt ingezet om als referentievoeding te dienen, waarbij de stabiliteit en eigen vervorming aan bepaalde eisen zijn onderworpen.

fig 3

fig 4 

 Figuur 3 en 4. Richtlijnen uit EN50564:2011

 

Meetonzekerheid

In sectie 4.4.1 EN50564 wordt de toegestane meetonzekerheid beschreven, rekening houdend met de benodigde power-analyseapparatuur, inclusief de eventueel opgenomen externe stroomshunts in de testopstelling. De ‘maximum current ratio' (MCR) wordt gebruikt om de maximale meetonzekerheid te bepalen en is afhankelijk van de eigenschappen van de belasting.

Deze wordt als volgt gedefinieerd:

 

maximum current ratio (MCR) =  crestfactor (CF)  /  power factor (PF)

 

Hierin is de crestfactor de verhouding tussen de gemeten piekstroom en de RMS-stroom. De power factor (vermogensfactor) is de verhouding tussen het werkelijke en het schijnbare vermogen.

fig 5 

Figuur 5. Maximum Current Ratio.

 

Volgens de tabel in figuur 5: Upc = 0,02 × [1+ (0,08 × {MCR - 10})]

 

Voorbeeld onzekerheidsberekening: 2,04 W vermogensconsumptie, MCR = 13

 

Upc = 0,02 × [1+ (0,08 × {13 - 10})] = 0,02 × [ 1 + (0,08 × {13 - 10})] = 0,0248%

 

De huidige normeringen en regelgevingen zijn, voor zover al beschikbaar, geïmplementeerd in speciaal hiervoor ontwikkelde testsoftware, die de gebruiker helpt bij het realiseren van een zo goed mogelijk meetrapport met data betreffende het stand-by gedrag van de desbetreffende belasting.

Newtons4th draagt hierin bij met intuïtieve software waarin merk, model, serienummer en dergelijke. van de betreffende DUT kunnen worden ingevoerd. Details over de testomgeving en de gebruikte testapparatuur worden tevens opgenomen.

 

Meting aan ledlamp (Zigbee-protocol)

Het hieronder vermelde testrapport geeft de resultaten weer van een stand-by meting, uitgevoerd op een 9 watt ledlamp. De hierbij geteste ledlamp kan communiceren via het Zigbee-protocol en mede daardoor deel uitmaken van een groter lichtsysteem. Een dergelijk systeem bevat een centrale controller, die door middel van het Zigbee-protocol communiceert met tientallen aangesloten, speciaal hiervoor ontwikkelde lampen. Het geheel is via een speciale app te bedienen.

Voor de meting is gebruik gemaakt van de Newtons4th power analyzer, model PPA5530, in combinatie met de stand-by power software. De weergegeven meetresultaten worden automatisch verwerkt in Excel tot een compleet rapport.

 

Op basis van de meting is te concluderen dat, wanneer de lamp niet brandt, er een stand-by vermogen wordt opgenomen van circa 0,3 watt. De vermogensfactor is verre van ideaal, waardoor het schijnbare vermogen op 0,9 VA uitkomt. Nu zijn deze vermogens relatief laag te noemen, maar er moet wel rekening worden gehouden met het feit dat er over een aantal jaren sprake zal zijn van miljoenen, zo niet miljarden van dergelijke lichtpunten. En dan hebben we het alleen nog maar over lichtpunten vergelijkbaar met de in dit voorbeeld gemeten ledlamp.

 fig 6

Figuur 6. Oscilloscoopbeeld van de gemeten ledlamp

 

Figuur 6 toont het oscilloscoopbeeld weergegeven van de desbetreffende ledlamp in de stand-by modus. Naast de sinusvormige spanning wordt ook de opgenomen stroom weergegeven. Op basis van de meetresultaten blijkt de crestfactor 6,6 te bedragen. Dit betekent een piekwaarde van ruim 27 mA ten opzichte van de RMS-stroom van 4 mA. (zie ook de figuren 7, 8 en 9)

 

Conclusie

De noodzaak om al tijdens de ontwikkeling rekening te houden met het stand-by vermogen en vooral de invloed van de vermogensfactor PF hierin mag evident zijn. Het correct meten van stand-by vermogen stelt dan ook eisen aan de daarvoor benodigde meet- en analyseapparatuur. Een standaard  energiemeter is, gezien de complexiteit rondom het stand-by meten, dan ook niet zonder meer geschikt. Specificaties betreffende de crestfactor en nauwkeurigheid wegen mee in het correct meten van stand-by vermogen en het bepalen van de testopstelling. Naar verwachting worden meet- en testcondities de komende jaren via internationale regelgeving verder gedefinieerd en aangepast. Newtons4th zal deze ontwikkelingen op de voet volgen en deze vervolgens verder implementeren in passende power analyse meet- en testopstellingen.

 

N4L - Standby Power Test Report - 62301 & 50564

N4L Stand-by Power v1.0.1.3

Test Details

Device Under Test

Brand

TT&MS LED lamp

Model

Type 01

Serial No.

 

Rated Voltage (Vrms)

240

Rated Current (Arms)

 

Rated Frequency (Hz)

50/60

Rated Power (W)

9 watt

DUT Notes

 

Test Environment

Lab Name

Nieuw-Vennep

Location

25

Date

27-10-2016

Time

14:43

Temperature

21

Humidity

40

Test No.

1

Test Notes

 

Measurement Instrument

Manufacturer

Newtons4th

Model

PPA5530

Serial No.

165-00987

Firmware Level

2.141

Nominal Test Conditions

Voltage (V)

227,949

Frequency (Hz)

50,0032

 

Measured Value

Lower Limit

Upper Limit

Test Result

Vthd (%)

1,49835

0

2

PASS

Crest factor

1,38575

1,34

1,49

PASS

Test Results

Monitor

Vrms

227,885

Arms

0,00405322

Total Power factor

0,319017568

Apparent Power (VA)

0,923667

Supply Frequency (Hz)

50,0186

Load Duty Cycle (Hz)

0

Elapsed Time (mm:ss)

09:57

Standby Power

 

Measured Value

Lower Limit

Upper Limit

Test Result

Power (W)

0,294666

0,28913

0,298353

STABLE

Crest factor

1,38301

1,3823

1,38782

PASS

Average Power (W)

0,2943

Accumulated Power (Whr)

0,048804634

Measurement Mode

None Cyclic

 

Power Gradient

1,69438E-06

PASS

 

 

fig 8

 

fig 9

Figuur 7, 8 en 9: Testrapport van de meting aan een 9 W ledlamp.

 

René Bos, T&M Consultant TT&Ms

 

TT&MS

Tel.: (0252) 62 10 80

www.ttms.nl

 

 

Video's

Een elektronisch Lego-orkest met Star Wars robots

Een elektronisch Lego-orkest met Star Wars robots

Lego heeft samen met elektronicawizzard Sam Wiz van het YouTube-kanaal Look Mum No Computer een…

Verschillen in demping: P vs. PPV

Verschillen in demping: P vs. PPV

Pneumatische cilinders worden door middel van luchtdruk in beweging gebracht, komen op snelheid maar…

BBQ vs. Simulaties

BBQ vs. Simulaties - door onze partner Comsol

Benieuwd naar de beste methode om een pizza op de BBQ te bereiden? Deze video laat de…

Advertentie - Helukabel levert nieuwe plug-and-play-oplossing voor Industrial Ethernet

Helukabel levert nu voorgemonteerde stroom- en verbindingskabels voor industriële Ethernet…

Vliegtuigjes kunnen nu helemaal autonoom landen

Vliegtuigjes kunnen nu helemaal autonoom landen

Onderzoekers van de TU in München hebben een systeem ontwikkeld dat vliegtuigen autonoom kan…

Meer videos »

Laatste nieuws

Studenten willen een oneindige metaalvoorraad creëren (video)

Studenten willen een oneindige metaalvoorraad creëren (video)

Studententeam Core van de Technische Universiteit Eindhoven wil iets doen aan de enorme berg elektronisch afval, waaronder duizenden kilo's bruikbare metalen. Zij hebben een proces ontwikkeld waarmee ze deze metalen…

Hout buigt zichzelf in vorm

Hout buigt zichzelf in vorm (video)

Onderzoekers van ETH Zürich, Empa en de Universiteit van Stuttgart hebben een nieuwe techniek ontwikkeld met een gecontroleerd droogproces waarbij houten panelen in een vooraf ingestelde vorm buigen zonder enige…

Elektroden zorgen voor gevoel in prothese (video)

Elektroden zorgen voor gevoel in prothese (video)

Twee vrijwilligers kunnen hun prothetische voet en knie in realtime voelen. Hun bionische prothese beschikt over sensoren die verbinding maken met zenuwen in de dij. De resulterende neurofeedback vermindert de fysieke en…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Product van de maand

RSS
In-cylinder potentiometer voor hydraulische cilinders

Althen Sensors & Controls introduceert nieuwe lineaire positiesensoren: magnetorestrictieve sensoren en in-cylinder...

Agenda

18 september 2019, München

Int. Conference on Gears 2019

Early bird registration now open!

20 september 2019, D&F kantoor Breda

Introductie NEN Veiligheidsladder®

23 september 2019, D&F kantoor Breda

Richtlijn Arbeidsmiddelen

Meer agendapunten »