Какво е Фактор на мощността? Ключова информация за фактора на мощността на LED осветлението

Iвстъпителни думи

Коефициентът на мощност е отношението на полезната мощност (т.е. произведението от напрежение и ток) към видимата мощност, като стойността му варира от 0 до 1. Обикновено коефициентът на мощност на светодиодното осветление може да достигне 0,95 или дори 0,97 до 0,99, поради което в индустрията не му се обръща толкова голямо внимание, колкото на други параметри (напр. светлинна ефективност, мощност, лещи и др.).

Въпреки това на пазара все още се предлагат някои традиционни лампи, както и някои светодиодни лампи с нисък коефициент на мощност. Тези осветителни тела натоварват мрежата с по-голям ток, което налага използването на по-дебели медни проводници, за да се намалят проблемите с нагряването на линията при претоварване и спада на напрежението, което води до по-високи разходи за строителство в общината. Независимо от факта, че в някои страни и региони се начисляват допълнителни такси за реактивна енергия, ние смятаме, че е необходимо да се подобри факторът на мощността на електрозахранването.

Преди това трябва да разберем какво представлява коефициентът на мощност и какво е неговото значение. Също така трябва да знаем при какви обстоятелства светодиодите се представят по-добре по отношение на фактора на мощността, тъй като светодиодните осветителни тела не винаги имат висок фактор на мощността.

Какво е фактор на мощността?

Факторът на мощността е съотношението на активната мощност (т.е. произведението от напрежението и тока) към видимата мощност във верига за променлив ток. Той е важен параметър за измерване на ефективността на електрическото оборудване и качеството на електроенергийната система. Активната мощност е мощността в системата, която действително се използва за извършване на работа, докато видимата мощност е общата мощност на системата, включително активната мощност и реактивната мощност (мощност, причинена от фазовата разлика между тока и напрежението, която обикновено не извършва полезна работа).

С формулата за фактора на мощността (фактор на мощността = активна мощност / видима мощност) знаем, че стойността на фактора на мощността е между 0 и 1, което включва и фактора на мощността на LED осветлението.

При чисто съпротивителен товар факторът на мощността е равен на 1, което означава, че напрежението и токът са във фаза. Това означава, че целият ток се използва за извършване на полезна работа и няма загуби. При индуктивни товари (напр. двигатели, трансформатори и др.) и капацитивни товари (напр. кондензатори и др.) обаче токът изостава или превишава напрежението, в резултат на което част от мощността не се използва ефективно и факторът на мощността ще бъде по-нисък от 1. Ниският фактор на мощността означава, че във веригата има голямо количество реактивна мощност, което ще увеличи загубите на захранване в линията и ще намали използването на оборудването.

Ето защо подобряването на фактора на мощността спомага за намаляване на потреблението на електроенергия от мрежата и за подобряване на ефективността на оборудването и качеството на електрозахранването. На практика факторът на мощността може да бъде подобрен чрез компенсиране на реактивната мощност, оптимизиране на режима на работа на оборудването и други мерки.

Фактор на мощността на LED осветлението - активна и реактивна мощност

Защо се интересуваме от фактора на мощността?

Факторът на мощността е от съществено значение за енергийните системи. По наше мнение значението му се изразява главно в следните аспекти:

1. Повишено използване на енергията:

При некоригиран фактор на мощността (т.е. твърде нисък фактор на мощността) в електроенергийната система има големи загуби на реактивна мощност. Тази безполезна мощност не се превръща директно в полезна механична или топлинна енергия, когато тече във веригата, но генерира допълнителен ток в електрическото оборудване. Този допълнителен ток нагрява резисторите в оборудването, като по този начин увеличава консумацията на енергия от оборудването. Обратно, подобряването на фактора на мощността намалява загубите на реактивна енергия и по този начин увеличава използването на енергията.

2. Намаляване на натоварването на мрежата:

Подобряването на фактора на мощността на LED осветлението намалява реактивната мощност в мрежата, като по този начин намалява натоварването на мрежата. Това е от съществено значение за стабилната работа на електроенергийната система и помага да се избегнат проблеми като претоварване и повреди в мрежата. Напротив, ниският фактор на мощността може да доведе до прекомерен ток в мрежата, което от своя страна влияе на стабилността на електроенергийната система.

3. Повлиява работата на оборудването:

Високият фактор на мощността удължава живота на електрическото оборудване и намалява загубите на енергия. Когато факторът на мощността е твърде нисък, във веригата се генерира голямо количество безполезна работа, което води до силно нагряване на електрическото оборудване. Както мрежовото оборудване, така и оборудването, използващо електроенергия, не обичат високотемпературна среда. Прекомерната температура ускорява стареенето на компонентите, което води до влошаване на производителността или дори до повреда. С други думи, ниският фактор на мощността не само разхищава енергия, но и причинява повреди на оборудването.

Нисък коефициент на мощност поради различни натоварвания

Ниският фактор на мощността се дължи главно на използването на индуктивни и капацитивни компоненти. Оборудването може да бъде категоризирано в индуктивни и капацитивни товари в зависимост от броя на индуктивните и капацитивните елементи. Оборудването с повече индуктивни елементи е индуктивен товар, докато оборудването с повече капацитивни елементи е капацитивен товар.

Чисто резистивни товари

В допълнение към индуктивните и капацитивните товари има редица устройства, уреди и лампи, които са чисто съпротивителни (т.е. чисто омични товари). Това се отнася за товари, при които веригата съдържа само съпротивителни компоненти. Когато е под напрежение, веригата произвежда само топлинна и светлинна енергия и не преобразува електрическа енергия в други форми на енергия. При чисто съпротивителния товар токът и напрежението се променят синхронно, т.е. те са във фаза. Това означава, че няма фазова разлика между тока и напрежението и следователно факторът на мощността е равен на 1.

Типичен пример за чисто съпротивителен товар е лампа с нажежаема жичка. Когато лампата с нажежаема жичка е запалена, електрическата енергия се преобразува предимно в топлина и светлина, като топлината се генерира поради преминаването на ток през проводник със съпротивление. Тъй като лампите с нажежаема жичка са чисто съпротивителни товари, техният коефициент на мощност е близък до 1, което означава, че лампите с нажежаема жичка са в състояние ефективно да използват електрическата енергия и да я превръщат в светлина/топлина, без да генерират много реактивна мощност. Разбира се, това не означава, че лампите с нажежаема жичка имат най-висока светлинна ефективност.

индуктивен товар

Индуктивните товари са товари, които съдържат голям брой индуктивни компоненти във веригата и са една от основните причини за нисък фактор на мощността в оборудването. Индуктивните товари включват двигатели, трансформатори, индуктори и т.н., които по време на работа генерират магнитно поле, което кара тока да изостава от напрежението. Това изоставане води до фазова разлика между тока и напрежението, което намалява фактора на мощността. Типичен пример за индуктивен товар са HID лампите, чиито електромагнитни баласти по своята същност са индуктивни, което води до фактор на мощността, който обикновено е около 0,7 или дори под 0,5. LED лампите също попадат в тази категория, въпреки че LED осветлението може да има фактор на мощността 0,97.

Индуктивни и капацитивни товари

капацитивен товар

Капацитивните товари са товари с голям брой капацитивни елементи във веригата. За разлика от индуктивните товари, капацитивните товари (например кондензатори) водят до превишаване на тока над напрежението, като по този начин подобряват фактора на мощността. Ако обаче капацитивната реактивност е твърде голяма, така че да е по-голяма от индуктивната реактивност, тогава токът ще превиши напрежението с голям фазов ъгъл, което отново води до намаляване на фактора на мощността. Често към устройства като LED контролери се добавят кондензатори, за да се компенсира реактивната мощност и да се подобри факторът на мощността на LED осветлението.

Основи на фактора на мощността

В предишните два раздела научихме, че наличието на индуктивни и капацитивни компоненти в оборудването може да доведе до намаляване на фактора на мощността на оборудването, но какви са конкретните причини? По-долу ще обясним основните понятия по по-обобщен начин.

Когато в дадено устройство има индуктивни товари (т.е. компоненти, които генерират магнитни полета, като двигатели, трансформатори и индуктори), токът, преминаващ през тези устройства, генерира магнитно поле, което съхранява енергия. Ако си представим магнитното поле като кофа, а тока - като вода, когато завъртим крана, водата започва да тече в кофата, но кофата не се пълни веднага.

Това е така, защото водата тече и пълни кофата за известно време. По подобен начин, когато през индуктивен товар протича ток, той създава магнитно поле в товара, но това поле се натрупва за известно време. Този ток, дължащ се на създаването на магнитното поле, се нарича “индуктивен реактивен ток”.

Този ток всъщност не се преобразува в полезна енергия за товара, а се съхранява в магнитното поле. Между този ток и напрежението има фазова разлика, т.е. напрежението е започнало да се променя, но токът все още не е достигнал големината на промяната на напрежението.

При индуктивни товари тези компоненти (например електродвигатели) могат да доведат до увеличаване на потреблението на енергия в мрежата, въпреки че самият двигател не консумира толкова много енергия. Това се дължи на факта, че индуктивните товари консумират освен активна и реактивна енергия. Реактивната мощност не се използва директно за извършване на работа, а за поддържане на магнитното поле в устройството.

Поради наличието на индуктивни товари в системата циркулира ток, което води до увеличаване на общата енергия (видимата мощност) в системата. Тъй като индуктивните товари консумират реактивна мощност, мрежата трябва да подава повече ток, за да отговори на нуждите на оборудването. Това води до увеличаване на потреблението на енергия от мрежата, въпреки че самият двигател не консумира толкова много енергия.

Поради това въздействието на реактивната мощност трябва да се отчита при проектирането и експлоатацията на индуктивни товари, за да се подобри ефективността на оборудването и да се намали потреблението на енергия в мрежата.

Фактори, влияещи върху фактора на мощността в LED осветлението

В предишните два раздела описахме какво представлява коефициентът на мощност, защо е важен и как разликите в коефициента на мощност влияят на мрежата. В този раздел обясняваме кои фактори влияят върху фактора на мощността на светодиодните осветители.

Използване на по-нискокачествени захранвания

Като основен компонент на осветителното тяло, захранването на светодиодите оказва значително влияние върху фактора на мощността на светодиодната лампа. Това се дължи на факта, че в захранването има повече индуктивни компоненти, отколкото във всяка друга част на осветителното тяло. Въпреки това светодиодните контролери от различни производители на захранващи устройства се различават значително по отношение на фактора на мощността.

Например коефициентът на мощност на захранващите устройства от серията Infinity EUM може да достигне 0,97 или дори повече, докато коефициентът на мощност на захранващите устройства от серията MOSO MXG може да достигне само 0,95. Различните серии светодиодни контролери от един и същ производител също се различават значително по отношение на показателите си за фактор на мощността. Например, захранването D4i на Igor EBS-080S105BT2 може да достигне PF от 0,98.

Лошо конфигурирано захранване

Коефициентът на мощност на едно и също захранване варира значително при различните конфигурации на осветителните тела. В този случай конфигурацията на осветителното тяло зависи главно от степента на съгласуване между товара на осветителното тяло и светодиодния контролер. От таблицата по-долу се вижда, че колкото по-малък е товарът на осветителното тяло, толкова по-лоша е стойността на PF. Ако вземем за пример EUM-075S105DG, когато натоварването на осветителното тяло е 72 W (общата мощност на осветителното тяло е 80 W), PF може да достигне 0,97. Ако натоварването на осветителното тяло се намали до 60 W, PF ще се понижи до 0,96, а ако продължи да се намалява до 50 W, PF ще се понижи до 0,95 или дори по-ниско. Правилното нещо, което трябва да се направи в този момент, е да се използва захранването EUM-050 за управление на съответния светодиоден модул, за да се получи по-добра стойност на PF.

Фактор на мощността на LED контролера

Използване на функцията за димиране

Функцията за димиране в светодиодните осветители се използва широко. Въпреки че димирането може да спести енергия, трябва да се обърне внимание и на ефекта му върху фактора на мощността (PF). При осветлението на пътните платна светодиодните улични осветители ще намалят мощността, за да се сведе до минимум преосветяването, когато трафикът намалее след полунощ. Друг пример е при осветлението на складове, където LED индустриалните лампи регулират мощността си в зависимост от заетостта на пространството (заето или незаето), за да намалят ненужното осветление.

Обикновено, когато търсенето на осветление е ниско, светодиодните осветители намаляват мощността чрез промяна на изхода на светодиодния контролер, за да пестят енергия, т.е. намаляват изходната мощност на светодиодния контролер. От втората точка можем да разберем, че в този случай коефициентът на мощност на светодиодните лампи може да бъде намален. Препоръчително е в този случай намаляването на мощността да не надвишава 50%. Ако намаляването на мощността е по-голямо от 50%, е необходим баланс между спестяването на енергия и стойността на фактора на мощността.

Обобщете

Факторът на мощността е важен параметър за ограничаване на реактивната мощност в електрическото оборудване, той е показател за сравнението между реалната, видимата и реактивната мощност в оборудването. Светодиодните контролери се представят по-добре по отношение на фактора на мощността благодарение на използването на вътрешен коректор на фактора на мощността (PFC).

Различните доставчици на светодиодни контролери имат различни възможности в тази област и на производителите на светодиодни осветители се препоръчва да ги проучат. В същото време трябва да се опитаме да избегнем нисък фактор на мощността, дължащ се на неразумна конфигурация на осветителното тяло (твърде ниско натоварване).

Освен това стойностите на фактора на мощността на светодиодните осветители при пълно натоварване и при системи за димиране варират значително. Въпреки това считаме, че по-ниският фактор на мощността на светодиодните осветителни тела не е проблем при димиране спрямо консумирания входен ток.