Co je to Účiník? Klíčové informace o faktoru výkonu LED osvětlení

Introductory

Účiník je poměr užitečného výkonu (tj. součinu napětí a proudu) ke zdánlivému výkonu a jeho hodnota se pohybuje v rozmezí 0 až 1. Obvykle může účiník LED osvětlení dosahovat hodnoty 0,95, nebo dokonce 0,97 až 0,99, takže se mu v průmyslu nevěnuje taková pozornost jako jiným parametrům (např. světelné účinnosti, příkonu, čočkám atd.).

Na trhu jsou však stále k dispozici některé tradiční žárovky a také některé LED žárovky s nízkým účiníkem. Tato svítidla zatěžují síť větším proudem, což vyžaduje použití silnějších měděných vodičů, aby se omezilo zahřívání vedení při přetížení a problémy s poklesem napětí, což vede k vyšším nákladům na výstavbu v obcích. Přestože některé země a regiony účtují příplatky za jalový výkon, domníváme se, že je nutné zlepšit účiník dodávek elektrické energie.

Ještě předtím si musíme ujasnit, co je to účiník a jaký má význam. Musíme také vědět, za jakých okolností jsou LED diody z hlediska účiníku výkonnější, protože LED svítidla nemají vždy vysoký účiník.

Co je to účiník?

Účiník je poměr činného výkonu (tj. součinu napětí a proudu) a zdánlivého výkonu ve střídavém obvodu. Je to důležitý parametr pro měření účinnosti elektrických zařízení a kvality elektrizační soustavy. Činný výkon je výkon v systému, který se skutečně využívá k práci, zatímco zdánlivý výkon je celkový výkon systému, včetně činného výkonu a jalového výkonu (výkon způsobený fázovým rozdílem mezi proudem a napětím, který obvykle nevykonává užitečnou práci).

Podle vzorce pro účiník (účiník = činný výkon / zdánlivý výkon) víme, že hodnota účiníku se pohybuje mezi 0 a 1, což zahrnuje i účiník osvětlení LED.

U čistě odporové zátěže je účiník roven 1, což znamená, že napětí a proud jsou ve fázi. To znamená, že veškerý proud je využit k užitečné práci a nedochází k žádnému plýtvání. U induktivních zátěží (např. motorů, transformátorů atd.) a kapacitních zátěží (např. kondenzátorů atd.) však proud zaostává za napětím nebo ho převyšuje, což vede k tomu, že část výkonu není efektivně využita a účiník bude nižší než 1. Nízký účiník znamená, že v obvodu je velké množství jalového výkonu, což zvýší ztráty v napájení ve vedení a sníží využití zařízení.

Zlepšení účiníku proto pomáhá snížit spotřebu energie v síti a zlepšit účinnost zařízení a kvalitu dodávky energie. V praxi lze účiník zlepšit kompenzací jalového výkonu, optimalizací provozního režimu zařízení a dalšími opatřeními.

Účiník osvětlení LED - činný a jalový výkon

Proč se zajímáme o účiník?

Účiník má v energetických systémech zásadní význam. Podle našeho názoru se jeho význam odráží především v následujících aspektech:

1. Zvýšené využití energie:

Při nekorigovaném účiníku (tj. příliš nízkém účiníku) dochází v elektrizační soustavě k velkým ztrátám jalového výkonu. Tento neužitečný výkon se při průtoku v obvodu přímo nepřeměňuje na užitečnou mechanickou nebo tepelnou energii, ale vytváří dodatečný proud v elektrickém zařízení. Tento dodatečný proud zahřívá odpory uvnitř zařízení, čímž zvyšuje spotřebu energie zařízení. Zlepšení účiníku naopak snižuje ztráty jalového výkonu, a tím zvyšuje využití energie.

2. Snížit zatížení sítě:

Zlepšení účiníku osvětlení LED snižuje jalový výkon v síti, čímž se snižuje zatížení sítě. To má zásadní význam pro stabilní provoz energetické soustavy a pomáhá předcházet problémům, jako je přetížení a poruchy v síti. Naopak nízký účiník může vést k nadměrnému proudu v síti, což následně ovlivňuje stabilitu energetické soustavy.

3. Ovlivňuje výkon zařízení:

Vysoký účiník prodlužuje životnost elektrických zařízení a snižuje plýtvání energií. Je-li účiník příliš nízký, vzniká v obvodu velké množství zbytečné práce, což vede k silnému zahřívání elektrických zařízení. Jak síťová zařízení, tak zařízení využívající energii nemají ráda prostředí s vysokou teplotou. Nadměrná teplota urychluje stárnutí součástek, což vede ke snížení výkonu nebo dokonce k jejich poškození. Jinými slovy, nízký účiník nejen plýtvá energií, ale také způsobuje poškození zařízení.

Nízký účiník v důsledku různých zátěží

Nízký účiník je způsoben především použitím induktivních a kapacitních součástek. Zařízení lze rozdělit na induktivní a kapacitní zátěže v závislosti na počtu induktivních a kapacitních prvků. Zařízení s větším počtem induktivních prvků jsou induktivní zátěže, zatímco zařízení s větším počtem kapacitních prvků jsou kapacitní zátěže.

Čistě odporová zátěž

Kromě indukčních a kapacitních zátěží existuje řada zařízení, spotřebičů a svítidel, které jsou čistě odporové (tj. čistě ohmické zátěže). Jedná se o zátěže, u nichž obvod obsahuje pouze odporové součástky. Při napájení obvodu vzniká pouze tepelná a světelná energie a elektrická energie se nepřeměňuje na jiné formy energie. V čistě odporové zátěži se proud a napětí mění synchronně, tj. jsou ve fázi. To znamená, že mezi proudem a napětím není žádný fázový rozdíl, a proto je účiník roven 1.

Typickým příkladem čistě odporové zátěže je žárovka. Při svícení žárovky se elektrická energie přeměňuje především na teplo a světlo, přičemž teplo vzniká v důsledku průchodu proudu odporovým vodičem. Protože žárovky jsou čistě odporovou zátěží, jejich účiník se blíží 1, což znamená, že žárovky jsou schopny účinně využívat elektrickou energii a přeměňovat ji na světlo/teplo, aniž by generovaly velké množství jalového výkonu. To samozřejmě neznamená, že žárovky mají nejvyšší světelnou účinnost.

induktivní zátěž

Induktivní zátěže jsou zátěže, které obsahují velké množství induktivních složek v obvodu a jsou jednou z hlavních příčin nízkého účiníku zařízení. Mezi induktivní zátěže patří motory, transformátory a cívky atd., které při provozu vytvářejí magnetické pole, jež způsobuje zpoždění proudu za napětím. Toto zpoždění způsobuje fázový rozdíl mezi proudem a napětím, který snižuje účiník. Typickým příkladem induktivní zátěže jsou HID lampy, jejichž elektromagnetické předřadníky jsou ze své podstaty induktivní, což má za následek účiník, který se obvykle pohybuje kolem 0,7 nebo dokonce pod 0,5. Do této kategorie spadají také LED lampy, i když LED osvětlení může mít účiník 0,97.

Induktivní a kapacitní zátěže

kapacitní zátěž

Kapacitní zátěže jsou zátěže s velkým počtem kapacitních prvků v obvodu. Na rozdíl od induktivních zátěží způsobují kapacitní zátěže (např. kondenzátory) překonání proudu napětím, čímž se zlepšuje účiník. Pokud je však kapacitní reaktance příliš velká, takže je větší než induktivní reaktance, pak proud překonává napětí o velký fázový úhel, což má opět za následek pokles účiníku. Často se do zařízení, jako jsou regulátory LED, přidávají kondenzátory, které kompenzují jalový výkon a zlepšují účiník LED osvětlení.

Základy účiníku

V předchozích dvou částech jsme se dozvěděli, že přítomnost induktivních a kapacitních součástek v zařízení může vést ke snížení účiníku zařízení, jaké jsou tedy konkrétní důvody? Níže vysvětlíme základní pojmy v obecnější rovině.

Pokud jsou v zařízení přítomny induktivní zátěže (tj. součásti, které vytvářejí magnetické pole, jako jsou motory, transformátory a induktory), proud procházející těmito zařízeními vytváří magnetické pole, které ukládá energii. Představíme-li si magnetické pole jako vědro a proud jako vodu, když otočíme kohoutkem, voda začne téct do vědra, ale vědro se nenaplní okamžitě.

Je to proto, že chvíli trvá, než voda začne téct a naplní kbelík. Podobně když indukční zátěží protéká proud, vytváří se v ní magnetické pole, ale trvá nějakou dobu, než se vytvoří. Tento proud v důsledku vytvoření magnetického pole se nazývá “indukční jalový proud”.

Tento proud se ve skutečnosti nepřeměňuje na užitečnou energii pro zátěž, ale ukládá se v magnetickém poli. Mezi tímto proudem a napětím je fázový rozdíl, tj. napětí se začalo měnit, ale proud ještě nedosáhl velikosti změny napětí.

U indukčních zátěží mohou tyto komponenty (např. elektromotory) vést ke zvýšení spotřeby energie v síti, i když samotný motor tolik energie nespotřebovává. Je to proto, že induktivní zátěže spotřebovávají kromě činného výkonu i jalový výkon. Jalový výkon se nepoužívá přímo k výkonu, ale k udržování magnetického pole uvnitř zařízení.

V důsledku přítomnosti indukční zátěže v systému cirkuluje proud, což způsobuje nárůst celkové energie (zdánlivého výkonu) v systému. Protože induktivní zátěže spotřebovávají jalový výkon, musí síť dodávat více proudu, aby uspokojila potřeby zařízení. To vede ke zvýšení spotřeby energie v síti, přestože motor sám o sobě tolik energie nespotřebovává.

Proto je třeba při navrhování a provozování indukčních zátěží zohlednit vliv jalového výkonu, aby se zvýšila účinnost zařízení a snížila spotřeba energie v síti.

Faktory ovlivňující účiník u osvětlení LED

V předchozích dvou částech jsme popsali, co je to účiník, proč je důležitý a jak rozdíly účiníku ovlivňují síť. V této části vysvětlíme, jaké faktory ovlivňují účiník LED svítidel.

Použití méně kvalitních napájecích zdrojů

Napájecí zdroj LED má jako hlavní součást svítidla významný vliv na účiník LED svítidla. Je to dáno tím, že v napájecím zdroji je více induktivních součástek než v jakékoli jiné části svítidla. Řídicí jednotky LED od různých výrobců napájecích zdrojů se však značně liší svým účiníkem.

Například účiník zdrojů Infinity řady EUM může dosahovat hodnoty 0,97 nebo dokonce vyšší, zatímco účiník zdrojů MOSO řady MXG může dosahovat pouze 0,95. Různé řady LED regulátorů od stejného výrobce se také značně liší, pokud jde o jejich účiník. Například napájecí zdroj D4i od společnosti Igor EBS-080S105BT2 může dosahovat PF 0,98.

Špatně nakonfigurovaný zdroj napájení

Účiník téhož zdroje se v různých konfiguracích svítidel značně liší. Konfigurace svítidla zde závisí především na stupni přizpůsobení zátěže svítidla a LED regulátoru. Z níže uvedené tabulky je patrné, že čím menší je zátěž svítidla, tím horší je hodnota PF. Vezmeme-li jako příklad svítidlo EUM-075S105DG, pak při zatížení svítidla 72 W (celkový výkon svítidla je 80 W) může hodnota PF dosáhnout 0,97. Pokud se zátěž svítidla sníží na 60 W, sníží se hodnota PF na 0,96, a pokud se nadále snižuje na 50 W, sníží se hodnota PF na 0,95 nebo ještě níže. V tomto okamžiku je správné použít napájecí zdroj EUM-050 k ovládání příslušného LED modulu, abyste dosáhli lepší hodnoty PF.

Účiník regulátoru LED

Použití funkce stmívání

Funkce stmívání ve svítidlech LED je hojně využívána. Ačkoli stmívání může šetřit energii, je třeba věnovat pozornost také jeho vlivu na účiník (PF). V případě osvětlení vozovek se u pouličních svítidel LED sníží výkon, aby se minimalizovalo přesvětlení, když po půlnoci klesne provoz. Dalším příkladem je osvětlení skladů, kde průmyslová svítidla LED upravují svůj výkon podle obsazenosti prostoru (obsazený nebo neobsazený), aby se snížilo zbytečné osvětlení.

Obvykle, když je potřeba osvětlení nízká, svítidla LED sníží výkon změnou výstupu regulátoru LED, aby se ušetřila energie, tj. sníží se výstupní výkon regulátoru LED. Z druhého bodu lze pochopit, že v tomto případě může dojít ke snížení účiníku LED svítidel. Doporučuje se, aby v tomto případě snížení výkonu nepřekročilo 50%. Pokud je snížení výkonu větší než 50%, je třeba zajistit rovnováhu mezi úsporou energie a hodnotou účiníku.

Shrňte

Účiník je důležitým parametrem pro omezení jalového výkonu v elektrických zařízeních, je ukazatelem porovnání skutečného, zdánlivého a jalového výkonu v zařízení. LED regulátory dosahují lepších výsledků, pokud jde o účiník, díky použití vnitřního korektoru účiníku (PFC).

Různí dodavatelé řídicích jednotek LED mají v této oblasti různé možnosti a výrobcům svítidel LED se doporučuje, aby je prozkoumali. Zároveň bychom se měli snažit vyhnout se nízkému účiníku v důsledku nepřiměřené konfigurace svítidel (příliš nízká zátěž).

Kromě toho se hodnoty účiníku LED svítidel při plném zatížení a stmívání značně liší. Domníváme se však, že nižší účiník LED svítidel není při stmívání vzhledem k odebíranému vstupnímu proudu problém.