ما هو معامل القدرة? المعلومات الأساسية لمعامل طاقة إضاءة LED

Iمقدمة

مُعامل القدرة هو نسبة القدرة المفيدة (أي حاصل ضرب الجهد والتيار) إلى القدرة الظاهرية، وتتراوح قيمته من 0 إلى 1. عادةً ما يصل معامل القدرة لإضاءة LED إلى 0.95 أو حتى 0.97 إلى 0.99، لذا فهو لا يحظى باهتمام كبير في الصناعة مثل المعلمات الأخرى (مثل فعالية الإضاءة والقوة الكهربائية والعدسات وغيرها).

ومع ذلك، لا تزال هناك بعض المصابيح التقليدية في السوق بالإضافة إلى بعض مصابيح الدايود المبتعث للضوء ذات معامل القدرة المنخفض. وتضع هذه التركيبات حملاً أكبر للتيار على الشبكة، مما يتطلب استخدام أسلاك نحاسية أكثر سمكًا للحد من مشاكل تسخين الخط وانخفاض الجهد الزائد، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الإنشاءات البلدية. وعلى الرغم من أن بعض البلدان والمناطق تفرض رسومًا إضافية على الطاقة التفاعلية إلا أننا نعتقد أنه من الضروري تحسين معامل القدرة لإمدادات الطاقة.

وقبل ذلك، نحتاج إلى فهم ما هو معامل القدرة وأهميته. كما نحتاج أيضًا إلى معرفة الظروف التي يكون فيها أداء مصابيح LED أفضل من حيث معامل القدرة، حيث إن مصابيح LED لا تتمتع دائمًا بمعامل قدرة مرتفع.

ما هو معامل القدرة؟

معامل القدرة هو نسبة القدرة النشطة (أي حاصل ضرب الجهد والتيار) إلى القدرة الظاهرة في دائرة تيار متردد. وهي معلمة مهمة لقياس كفاءة المعدات الكهربائية وجودة نظام الطاقة. القدرة النشطة هي القدرة في النظام التي تُستخدم فعليًا للقيام بعمل، بينما القدرة الظاهرة هي القدرة الكلية للنظام، بما في ذلك القدرة النشطة والقدرة التفاعلية (القدرة الناتجة عن فرق الطور بين التيار والجهد، والتي عادةً لا تقوم بعمل مفيد).

من خلال معادلة معامل القدرة (معامل القدرة = القدرة النشطة / القدرة الظاهرة)، نعلم أن قيمة معامل القدرة تتراوح بين 0 و1، والتي تشمل أيضًا معامل القدرة لإضاءة LED.

بالنسبة للحمل المقاوم البحت، فإن معامل القدرة يساوي 1، وهو ما يعني أن الجهد والتيار في الطور. هذا يعني أن كل التيار يستخدم للقيام بعمل مفيد ولا يوجد هدر. ومع ذلك، بالنسبة للأحمال الاستقرائية (مثل المحركات والمحولات وما إلى ذلك) والأحمال السعوية (مثل المكثفات وما إلى ذلك)، يتأخر التيار أو يتجاوز الجهد، مما يؤدي إلى عدم استخدام بعض الطاقة بشكل فعال، ويكون معامل القدرة أقل من 1. يعني معامل القدرة المنخفض وجود كمية كبيرة من الطاقة التفاعلية في الدائرة، مما يزيد من خسائر إمدادات الطاقة في الخط ويقلل من استخدام المعدات.

لذلك، يساعد تحسين معامل القدرة على تقليل استهلاك الطاقة للشبكة وتحسين كفاءة المعدات وجودة إمدادات الطاقة. ومن الناحية العملية، يمكن تحسين معامل القدرة من خلال تعويض القدرة التفاعلية وتحسين وضع تشغيل المعدات وغيرها من التدابير.

عامل طاقة إضاءة (ليد) - الطاقة النشطة والمتفاعلة

لماذا نحن قلقون بشأن معامل القدرة؟

لمعامل القدرة أهمية حيوية في أنظمة الطاقة. وفي رأينا، تنعكس أهميته بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

1. زيادة استخدام الطاقة:

وفي حالة وجود معامل قدرة غير مصحح (أي معامل قدرة منخفض للغاية)، يكون هناك قدر كبير من فقدان القدرة التفاعلية في نظام الطاقة. لا يتم تحويل هذه الطاقة غير المفيدة مباشرةً إلى طاقة ميكانيكية أو حرارية مفيدة عندما تتدفق في الدائرة، ولكنها تولد تيارًا إضافيًا في المعدات الكهربائية. ويسخن هذا التيار الإضافي المقاومات داخل المعدات، مما يزيد من استهلاك الطاقة في المعدات. وعلى العكس من ذلك، فإن تحسين معامل القدرة يقلل من فقدان القدرة التفاعلية وبالتالي يزيد من استخدام الطاقة.

2. تقليل الحمل على الشبكة:

يؤدي تحسين معامل القدرة لإضاءة LED إلى تقليل الطاقة التفاعلية في الشبكة، وبالتالي تقليل الحمل على الشبكة. وهذا أمر ضروري لاستقرار تشغيل نظام الطاقة ويساعد على تجنب المشاكل مثل التحميل الزائد والأعطال في الشبكة. وعلى العكس من ذلك، يمكن أن يؤدي انخفاض معامل القدرة إلى زيادة التيار في الشبكة، مما يؤثر بدوره على استقرار نظام الطاقة.

3. يؤثر على أداء المعدات:

يطيل معامل القدرة المرتفع من عمر المعدات الكهربائية ويقلل من هدر الطاقة. عندما يكون معامل القدرة منخفضًا جدًا، يتولد قدر كبير من العمل عديم الفائدة في الدائرة، مما يؤدي إلى تسخين شديد للمعدات الكهربائية. لا تحب كل من معدات الشبكة والمعدات المستخدمة للطاقة البيئات ذات درجات الحرارة العالية. وتؤدي درجة الحرارة المفرطة إلى تسريع تقادم المكونات، مما يؤدي إلى تدهور الأداء أو حتى التلف. وبعبارة أخرى، لا يؤدي انخفاض معامل القدرة إلى إهدار الطاقة فحسب، بل يتسبب أيضًا في تلف المعدات.

عامل طاقة منخفض بسبب الأحمال المختلفة

يرجع عامل القدرة المنخفض بشكل أساسي إلى استخدام المكونات الحثية والسعوية. يمكن تصنيف المعدات إلى أحمال استقرائية وأحمال سعوية اعتمادًا على عدد العناصر الحثية والسعوية. المعدات التي تحتوي على مكونات حثية أكثر هي أحمال استقرائية، بينما المعدات التي تحتوي على مكونات سعوية أكثر هي أحمال سعوية.

أحمال مقاومة بحتة

بالإضافة إلى الأحمال الاستقرائية والسعوية، هناك عدد من الأجهزة والأجهزة والمصابيح التي تكون مقاومة بحتة (أي أحمال أومية نقية). وهي تشير إلى الأحمال التي تحتوي فيها الدائرة على مكونات مقاومة فقط. عند تنشيطها، تنتج الدائرة طاقة حرارية وضوئية فقط ولا تحول الطاقة الكهربائية إلى أشكال أخرى من الطاقة. في الأحمال المقاومة البحتة، يتغير التيار والجهد بشكل متزامن، أي أنهما في الطور. وهذا يعني أنه لا يوجد فرق في الطور بين التيار والجهد، وبالتالي فإن معامل القدرة يساوي 1.

من الأمثلة النموذجية للحمل المقاوم البحت المصباح المتوهج. عند إضاءة مصباح متوهج، تتحول الطاقة الكهربائية في المقام الأول إلى حرارة وضوء، حيث تتولد الحرارة بسبب مرور التيار عبر سلك مقاومة. ونظرًا لأن المصابيح المتوهجة هي أحمال مقاومة بحتة، فإن معامل قدرتها يقترب من 1، مما يعني أن المصابيح المتوهجة قادرة على استخدام الطاقة الكهربائية بكفاءة وتحويلها إلى ضوء/حرارة دون توليد الكثير من الطاقة التفاعلية. بالطبع، هذا لا يعني أن المصابيح المتوهجة تتمتع بأعلى كفاءة إضاءة.

الحمل الاستقرائي

الأحمال الحثية هي الأحمال التي تحتوي على عدد كبير من المكونات الحثية في الدائرة وهي أحد الأسباب الرئيسية لانخفاض معامل القدرة في المعدات. تشمل الأحمال الاستقرائية المحركات والمحولات والمحاثات وما إلى ذلك، والتي تولد مجالاً مغناطيسياً أثناء التشغيل مما يؤدي إلى تأخر التيار عن الجهد. يتسبب هذا التأخر في حدوث فرق في الطور بين التيار والجهد، مما يقلل من معامل القدرة. من الأمثلة النموذجية للحمل الاستقرائي مصابيح HID، التي تكون كوابحها الكهرومغناطيسية بطبيعتها حاثة بطبيعتها، مما يؤدي إلى عامل قدرة يبلغ عادةً حوالي 0.7 أو حتى أقل من 0.5. وتندرج مصابيح الدايود المبتعث للضوء LED أيضًا في هذه الفئة، على الرغم من أن إضاءة الدايود المبتعث للضوء يمكن أن يكون لها عامل قدرة يبلغ 0.97.

الأحمال الحثية والسعوية

حمولة سعوية

الأحمال السعوية هي أحمال تحتوي على عدد كبير من العناصر السعوية في الدائرة. على عكس الأحمال الاستقرائية، تتسبب الأحمال السعوية (مثل المكثفات) في تجاوز التيار للجهد، وبالتالي تحسين معامل القدرة. ومع ذلك، إذا كانت المفاعلة السعوية كبيرة جدًا، بحيث تكون أكبر من المفاعلة الاستقرائية، فإن التيار سيتجاوز الجهد بزاوية طور كبيرة، مما يؤدي مرة أخرى إلى انخفاض معامل القدرة. في كثير من الأحيان، تُضاف المكثفات إلى أجهزة مثل وحدات التحكم في مصابيح LED للتعويض عن الطاقة التفاعلية وتحسين معامل القدرة لإضاءة LED.

أساسيات معامل القدرة

تعلمنا في القسمين السابقين أن وجود مكونات حثيّة وسعوية في المعدات يمكن أن يؤدي إلى انخفاض معامل القدرة للمعدات، فما هي الأسباب المحددة لذلك؟ نوضح أدناه المفاهيم الأساسية بطريقة أكثر عمومية.

عندما تكون الأحمال الحثية (أي المكونات التي تولد مجالات مغناطيسية، مثل المحركات والمحولات والمحثات) موجودة في جهاز ما، فإن التيار المار عبر هذه الأجهزة يولد مجالاً مغناطيسيًا لتخزين الطاقة. إذا تخيلنا المجال المغناطيسي كدلو والتيار كالماء، فعندما نفتح الصنبور، يبدأ الماء بالتدفق إلى الدلو، لكن الدلو لا يمتلئ على الفور.

وذلك لأن تدفق الماء وملء الدلو يستغرق بعض الوقت. وبالمثل، عندما يتدفق تيار عبر حمل حثي فإنه ينشئ مجالًا مغناطيسيًّا داخل الحمل، لكن هذا المجال يستغرق وقتًا حتى يتراكم. ويسمى هذا التيار الناتج عن تكوين المجال المغناطيسي “التيار التفاعلي الاستقرائي”.

لا يتم تحويل هذا التيار في الواقع إلى طاقة مفيدة للحمل، ولكن يتم تخزينه في المجال المغناطيسي. ويوجد فرق طور بين هذا التيار والجهد، أي أن الجهد بدأ يتغير، لكن التيار لم يصل بعد إلى مقدار تغير الجهد.

في الأحمال الاستقرائية، قد تؤدي هذه المكونات (مثل المحركات الكهربائية) إلى زيادة استهلاك الطاقة على الشبكة، على الرغم من أن المحرك نفسه لا يستهلك هذا القدر من الطاقة. وذلك لأن الأحمال الحثية تستهلك طاقة تفاعلية بالإضافة إلى الطاقة النشطة. لا تُستخدم الطاقة التفاعلية مباشرة للقيام بالعمل، ولكن للحفاظ على المجال المغناطيسي داخل الجهاز.

نظرًا لوجود الأحمال الحثية، يدور التيار في النظام، مما يؤدي إلى زيادة الطاقة الكلية (الطاقة الظاهرية) في النظام. ونظرًا لأن الأحمال الحثية تستهلك طاقة تفاعلية فإن الشبكة تحتاج إلى إمداد المزيد من التيار لتلبية احتياجات المعدات. ويؤدي ذلك إلى زيادة استهلاك الطاقة في الشبكة، على الرغم من أن المحرك نفسه لا يستهلك هذا القدر من الطاقة.

ولذلك، يجب مراعاة تأثير الطاقة التفاعلية عند تصميم الأحمال الحثية وتشغيلها لتحسين كفاءة المعدات وتقليل استهلاك طاقة الشبكة.

العوامل المؤثرة على معامل القدرة في إضاءة (ليد)

في القسمين السابقين، وصفنا في القسمين السابقين ما هو معامل القدرة وسبب أهميته وكيفية تأثير اختلافات معامل القدرة على الشبكة. في هذا القسم، نشرح العوامل التي تؤثر على معامل القدرة لمصابيح LED.

استخدام مصادر طاقة منخفضة الجودة

كمكون رئيسي في وحدة الإنارة، فإن مصدر طاقة LED له تأثير كبير على عامل الطاقة لمصباح LED. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن هناك مكونات حثيّة في مزود الطاقة أكثر من أي جزء آخر من التجهيزات. ومع ذلك، تتفاوت وحدات تحكم الصمام الثنائي الباعث للضوء LED من مختلف الشركات المصنعة لمصدر الطاقة تفاوتًا كبيرًا في أداء معامل القدرة.

على سبيل المثال، يمكن أن يصل معامل القدرة لسلسلة إمدادات الطاقة Infinity EUM من Infinity EUM إلى 0.97 أو حتى أعلى، في حين أن معامل القدرة لسلسلة MOSO MXG يمكن أن يصل إلى 0.95 فقط. تختلف أيضًا سلاسل مختلفة من وحدات تحكم LED من نفس الشركة المصنعة اختلافًا كبيرًا من حيث أداء معامل القدرة. على سبيل المثال، يمكن لمصدر الطاقة D4i من إيغور EBS-080S105BT2 أن يصل معامل القدرة إلى 0.98.

مصدر طاقة ضعيف التكوين

يختلف عامل الطاقة لنفس مصدر الطاقة اختلافًا كبيرًا في تكوينات التركيبات المختلفة. هنا يعتمد تكوين التركيبات بشكل أساسي على درجة المطابقة بين حمل التركيبات ووحدة تحكم LED. من الجدول أدناه، يمكننا أن نرى أنه كلما كان حمل التركيبات أصغر، كلما كانت قيمة معامل القدرة PF أسوأ. إذا أخذنا EUM-075S105DG كمثال، عندما يكون حمل وحدة الإنارة 72 وات (إجمالي طاقة وحدة الإنارة 80 وات)، يمكن أن يصل عامل الترجيح إلى 0.97. إذا تم تخفيض حمل وحدة الإنارة إلى 60 وات، سينخفض عامل الترجيح إلى 0.96، وإذا استمر تخفيضه إلى 50 وات، سينخفض عامل الترجيح إلى 0.95 أو حتى أقل. الشيء الصحيح الذي يجب القيام به في هذه المرحلة هو استخدام مزود الطاقة EUM-050 للتحكم في وحدة LED المقابلة للحصول على قيمة PF أفضل.

عامل القدرة لوحدة تحكم الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)

استخدام وظيفة التعتيم

تُستخدم وظيفة التعتيم في مصابيح LED على نطاق واسع. على الرغم من أن التعتيم يمكن أن يوفر الطاقة، إلا أننا نحتاج أيضًا إلى الانتباه إلى تأثيرها على عامل الطاقة (PF). في إضاءة الطرقات، تعمل مصابيح الشوارع بتقنية (ليد) على تقليل الطاقة لتقليل الإضاءة الزائدة عند انخفاض حركة المرور بعد منتصف الليل. مثال آخر على ذلك في إضاءة المستودعات، حيث تقوم مصابيح (ليد) الصناعية بتعديل إنتاجها بناءً على إشغال المكان (مشغول أو غير مشغول) لتقليل الإضاءة غير الضرورية.

عادة، عندما يكون الطلب على الإضاءة منخفضًا، ستعمل تركيبات LED على تقليل الطاقة عن طريق تغيير خرج وحدة التحكم LED لتوفير الطاقة، أي تقليل طاقة خرج وحدة التحكم LED. من النقطة الثانية يمكننا أن نفهم أنه في هذه الحالة، قد يتم تقليل عامل الطاقة لمصابيح LED. يوصى في هذه الحالة ألا يتجاوز تخفيض الطاقة 50%. إذا كان تخفيض القدرة أكثر من 50%، فيجب تحقيق التوازن بين توفير الطاقة وقيمة عامل القدرة.

التلخيص

يُعد معامل القدرة معلمة مهمة للحد من الطاقة التفاعلية في المعدات الكهربائية، وهو مؤشر للمقارنة بين الطاقة الحقيقية والظاهرية والتفاعلية في المعدات. تعمل وحدات تحكم LED بشكل أفضل من حيث معامل القدرة بسبب استخدام مصحح معامل القدرة الداخلي (PFC).

يتمتع موردو وحدات تحكم LED المختلفون بقدرات مختلفة في هذا المجال، ويُنصح مصنعو مصابيح LED بالتحقق منها. في الوقت نفسه، يجب أن نحاول تجنب انخفاض عامل الطاقة بسبب التكوين غير المعقول للتركيبات (حمولة منخفضة جدًا).

بالإضافة إلى ذلك، تتباين قيم معامل القدرة لمصابيح LED تحت الحمل الكامل وأنظمة التعتيم تباينًا كبيرًا. ومع ذلك، نعتقد أن انخفاض عامل طاقة إضاءة (ليد) لا يمثل مشكلة أثناء التعتيم بالنسبة لتيار الإدخال المستهلك.

المنتجات ذات الصلة