Qu'est-ce que Facteur de puissance? Facteur de puissance de l'éclairage LED Informations clés

Introduction

Le facteur de puissance est le rapport entre la puissance utile (c'est-à-dire le produit de la tension et du courant) et la puissance apparente, et sa valeur est comprise entre 0 et 1. Généralement, le facteur de puissance de l'éclairage LED peut atteindre 0,95, voire 0,97 à 0,99, de sorte qu'il ne reçoit pas autant d'attention dans l'industrie que d'autres paramètres (par exemple, l'efficacité lumineuse, la puissance en watts, les lentilles, etc.).

Cependant, il existe encore des lampes traditionnelles sur le marché, ainsi que des lampes LED à faible facteur de puissance. Ces luminaires imposent une charge de courant plus importante au réseau, ce qui nécessite l'utilisation de fils de cuivre plus épais pour réduire les problèmes de surchauffe et de chute de tension, ce qui entraîne des coûts de construction plus élevés pour les municipalités. Malgré le fait que certains pays et régions facturent un supplément pour la puissance réactive, nous pensons qu'il est nécessaire d'améliorer le facteur de puissance des alimentations électriques.

Avant cela, nous devons comprendre ce qu'est le facteur de puissance et son importance. Nous devons également savoir dans quelles circonstances les LED sont plus performantes en termes de facteur de puissance, car les luminaires à LED n'ont pas toujours un facteur de puissance élevé.

Qu'est-ce que le facteur de puissance ?

Le facteur de puissance est le rapport entre la puissance active (c'est-à-dire le produit de la tension et du courant) et la puissance apparente dans un circuit à courant alternatif. Il s'agit d'un paramètre important pour mesurer l'efficacité des équipements électriques et la qualité du système électrique. La puissance active est la puissance du système qui est effectivement utilisée pour effectuer un travail, tandis que la puissance apparente est la puissance totale du système, y compris la puissance active et la puissance réactive (puissance causée par la différence de phase entre le courant et la tension, qui n'effectue généralement pas de travail utile).

Avec la formule du facteur de puissance (facteur de puissance = puissance active / puissance apparente), nous savons que la valeur du facteur de puissance est comprise entre 0 et 1, ce qui inclut également le facteur de puissance de l'éclairage LED.

Pour une charge purement résistive, le facteur de puissance est égal à 1, ce qui signifie que la tension et le courant sont en phase. Cela signifie que tout le courant est utilisé pour effectuer un travail utile et qu'il n'y a pas de gaspillage. Toutefois, pour les charges inductives (moteurs, transformateurs, etc.) et les charges capacitives (condensateurs, etc.), le courant est inférieur ou supérieur à la tension, ce qui fait qu'une partie de la puissance n'est pas utilisée efficacement et que le facteur de puissance est inférieur à 1. Un faible facteur de puissance signifie qu'il y a une grande quantité de puissance réactive dans le circuit, ce qui augmente les pertes d'alimentation dans la ligne et réduit l'utilisation de l'équipement.

Par conséquent, l'amélioration du facteur de puissance permet de réduire la consommation d'énergie du réseau et d'améliorer l'efficacité de l'équipement et la qualité de l'alimentation électrique. En pratique, le facteur de puissance peut être amélioré par la compensation de la puissance réactive, l'optimisation du mode de fonctionnement des équipements et d'autres mesures.

Facteur de puissance de l'éclairage LED - puissance active et réactive

Pourquoi se préoccuper du facteur de puissance ?

Le facteur de puissance est d'une importance vitale dans les systèmes électriques. Selon nous, son importance se reflète principalement dans les aspects suivants :

1. Augmentation de l'utilisation de l'énergie :

Un facteur de puissance non corrigé (c'est-à-dire un facteur de puissance trop faible) entraîne une perte importante de puissance réactive dans le système électrique. Cette puissance inutile n'est pas directement convertie en énergie mécanique ou thermique utile lorsqu'elle circule dans le circuit, mais elle génère un courant supplémentaire dans l'équipement électrique. Ce courant supplémentaire chauffe les résistances à l'intérieur de l'équipement, augmentant ainsi la consommation d'énergie de l'équipement. Inversement, l'amélioration du facteur de puissance réduit les pertes de puissance réactive et augmente donc l'utilisation de l'énergie.

2. Réduire la charge sur le réseau :

L'amélioration du facteur de puissance de l'éclairage LED réduit la puissance réactive dans le réseau, réduisant ainsi la charge sur le réseau. Ce facteur est essentiel au fonctionnement stable du système électrique et permet d'éviter des problèmes tels que la surcharge et les pannes du réseau. Au contraire, un faible facteur de puissance peut entraîner un courant excessif dans le réseau, ce qui affecte la stabilité du système électrique.

3. Affecte les performances de l'équipement :

Un facteur de puissance élevé prolonge la durée de vie des équipements électriques et réduit le gaspillage d'énergie. Lorsque le facteur de puissance est trop faible, une grande quantité de travail inutile est générée dans le circuit, ce qui entraîne un échauffement important de l'équipement électrique. Les équipements de réseau et les équipements consommateurs d'énergie n'aiment pas les environnements à haute température. Une température excessive accélère le vieillissement des composants, entraînant une dégradation des performances, voire une détérioration. En d'autres termes, un faible facteur de puissance entraîne non seulement un gaspillage d'énergie, mais aussi des dommages aux équipements.

Faible facteur de puissance dû à des charges différentes

Le faible facteur de puissance est principalement dû à l'utilisation de composants inductifs et capacitifs. Les équipements peuvent être classés en charges inductives et capacitives en fonction du nombre d'éléments inductifs et capacitifs. Les équipements comportant davantage de composants inductifs sont des charges inductives, tandis que les équipements comportant davantage de composants capacitifs sont des charges capacitives.

Charges purement résistives

Outre les charges inductives et capacitives, il existe un certain nombre de dispositifs, d'appareils et de lampes qui sont purement résistifs (c'est-à-dire des charges ohmiques pures). Il s'agit de charges dont le circuit ne contient que des composants résistifs. Lorsqu'il est alimenté, le circuit ne produit que de la chaleur et de l'énergie lumineuse et ne convertit pas l'énergie électrique en d'autres formes d'énergie. Dans une charge purement résistive, le courant et la tension varient de manière synchrone, c'est-à-dire qu'ils sont en phase. Cela signifie qu'il n'y a pas de déphasage entre le courant et la tension et que le facteur de puissance est donc égal à 1.

Un exemple typique de charge purement résistive est une lampe à incandescence. Lorsqu'une lampe à incandescence est allumée, l'énergie électrique est principalement convertie en chaleur et en lumière, la chaleur étant générée par le passage du courant dans un fil de résistance. Comme les lampes à incandescence sont des charges purement résistives, leur facteur de puissance est proche de 1. Cela signifie que les lampes à incandescence sont capables d'utiliser efficacement l'énergie électrique et de la convertir en lumière/chaleur sans générer beaucoup de puissance réactive. Bien entendu, cela ne signifie pas que les lampes à incandescence ont le meilleur rendement lumineux.

charge inductive

Les charges inductives sont des charges qui contiennent un grand nombre de composants inductifs dans le circuit et sont l'une des principales causes d'un faible facteur de puissance dans les équipements. Les charges inductives comprennent les moteurs, les transformateurs, les inductances, etc., qui génèrent un champ magnétique pendant leur fonctionnement, ce qui entraîne un retard du courant par rapport à la tension. Ce décalage entraîne une différence de phase entre le courant et la tension, ce qui réduit le facteur de puissance. Un exemple typique de charge inductive est celui des lampes HID, dont les ballasts électromagnétiques sont intrinsèquement inductifs, ce qui se traduit par un facteur de puissance qui se situe généralement autour de 0,7, voire en dessous de 0,5. Les lampes LED entrent également dans cette catégorie, bien que l'éclairage LED puisse avoir un facteur de puissance de 0,97.

Charges inductives et capacitives

charge capacitive

Les charges capacitives sont des charges comportant un grand nombre d'éléments capacitifs dans le circuit. Contrairement aux charges inductives, les charges capacitives (telles que les condensateurs) entraînent un dépassement du courant par rapport à la tension, ce qui améliore le facteur de puissance. Toutefois, si la réactance capacitive est trop importante, de sorte qu'elle est supérieure à la réactance inductive, le courant dépassera la tension d'un angle de phase important, ce qui se traduira à nouveau par une baisse du facteur de puissance. Souvent, des condensateurs sont ajoutés à des dispositifs tels que les contrôleurs de LED pour compenser la puissance réactive et améliorer le facteur de puissance de l'éclairage LED.

Principes de base du facteur de puissance

Dans les deux sections précédentes, nous avons appris que la présence de composants inductifs et capacitifs dans un équipement peut entraîner une réduction du facteur de puissance de l'équipement. Nous expliquons ci-dessous les concepts de base d'une manière plus générale.

Lorsque des charges inductives (c'est-à-dire des composants qui génèrent des champs magnétiques, tels que des moteurs, des transformateurs et des inducteurs) sont présentes dans un appareil, le courant qui traverse ces dispositifs génère un champ magnétique qui stocke de l'énergie. Si nous imaginons le champ magnétique comme un seau et le courant comme de l'eau, lorsque nous ouvrons le robinet, l'eau commence à couler dans le seau, mais celui-ci ne se remplit pas immédiatement.

En effet, il faut un certain temps pour que l'eau coule et remplisse un seau. De même, lorsqu'un courant traverse une charge inductive, il crée un champ magnétique à l'intérieur de la charge, mais ce champ met du temps à s'établir. Ce courant dû à l'établissement du champ magnétique est appelé “courant réactif inductif”.

Ce courant n'est pas réellement converti en énergie utile pour la charge, mais il est stocké dans le champ magnétique. Il existe un déphasage entre ce courant et la tension, c'est-à-dire que la tension a commencé à changer, mais que le courant n'a pas encore atteint l'ampleur du changement de tension.

Dans les charges inductives, ces composants (par exemple, les moteurs électriques) peuvent entraîner une augmentation de la consommation d'énergie sur le réseau, même si le moteur lui-même ne consomme pas autant d'énergie. En effet, les charges inductives consomment de la puissance réactive en plus de la puissance active. La puissance réactive n'est pas utilisée directement pour effectuer un travail, mais pour maintenir le champ magnétique à l'intérieur de l'appareil.

En raison de la présence de charges inductives, le courant circule dans le système, ce qui entraîne une augmentation de l'énergie totale (puissance apparente) dans le système. Comme les charges inductives consomment de la puissance réactive, le réseau doit fournir plus de courant pour répondre aux besoins de l'équipement. Cela entraîne une augmentation de la consommation d'énergie du réseau, même si le moteur lui-même ne consomme pas autant d'énergie.

Par conséquent, l'impact de la puissance réactive doit être pris en compte lors de la conception et de l'exploitation des charges inductives afin d'améliorer l'efficacité des équipements et de réduire la consommation d'énergie du réseau.

Facteurs affectant le facteur de puissance dans l'éclairage LED

Dans les deux sections précédentes, nous avons décrit ce qu'est le facteur de puissance, pourquoi il est important et comment les différences de facteur de puissance affectent le réseau. Dans cette section, nous expliquons quels sont les facteurs qui affectent le facteur de puissance des luminaires à LED.

Utilisation de blocs d'alimentation de moindre qualité

En tant que composant majeur du luminaire, l'alimentation des LED a un impact significatif sur le facteur de puissance de la lampe à LED. Cela est dû au fait que l'alimentation contient plus de composants inductifs que toute autre partie du luminaire. Cependant, les contrôleurs de LED des différents fabricants d'alimentation varient considérablement en termes de performance du facteur de puissance.

Par exemple, le facteur de puissance des blocs d'alimentation de la série Infinity EUM peut atteindre 0,97 ou même plus, alors que celui des blocs d'alimentation de la série MOSO MXG ne peut atteindre que 0,95. Les différentes séries de contrôleurs de LED d'un même fabricant varient également beaucoup en termes de performance du facteur de puissance. Par exemple, l'alimentation D4i d'Igor EBS-080S105BT2 peut atteindre un facteur de puissance de 0,98.

Alimentation électrique mal configurée

Le facteur de puissance d'une même alimentation varie considérablement en fonction de la configuration du projecteur. La configuration du projecteur dépend principalement du degré d'adaptation entre la charge du projecteur et le contrôleur de LED. Le tableau ci-dessous montre que plus la charge du projecteur est faible, plus la valeur du facteur de puissance est mauvaise. En prenant EUM-075S105DG comme exemple, lorsque la charge du luminaire est de 72W (la puissance totale du luminaire est de 80W), le PF peut atteindre 0,97. Si la charge du luminaire est réduite à 60 W, le FP sera ramené à 0,96, et si elle continue à être réduite à 50 W, le FP sera ramené à 0,95, voire moins. La bonne chose à faire à ce stade est d'utiliser l'alimentation EUM-050 pour contrôler le module LED correspondant afin d'obtenir une meilleure valeur de PF.

Facteur de puissance du contrôleur de LED

Utilisation de la fonction de gradation

La fonction de gradation des luminaires à LED est largement utilisée. Bien que la gradation permette d'économiser de l'énergie, nous devons également prêter attention à son effet sur le facteur de puissance (FP). Dans l'éclairage routier, les lampadaires à LED réduisent leur puissance pour minimiser le suréclairage lorsque le trafic diminue après minuit. Un autre exemple est celui de l'éclairage des entrepôts, où les lampes industrielles à LED ajustent leur puissance en fonction de l'occupation de l'espace (occupé ou inoccupé) afin de réduire l'éclairage inutile.

Habituellement, lorsque la demande d'éclairage est faible, les appareils à LED réduisent la puissance en modifiant la sortie du contrôleur de LED pour économiser de l'énergie, c'est-à-dire en réduisant la puissance de sortie du contrôleur de LED. Le deuxième point nous permet de comprendre que dans ce cas, le facteur de puissance des lampes LED peut être réduit. Il est recommandé que dans ce cas, la réduction de puissance ne dépasse pas 50%. Si la réduction de puissance est supérieure à 50%, un équilibre entre l'économie d'énergie et la valeur du facteur de puissance est nécessaire.

Résumer

Le facteur de puissance est un paramètre important pour limiter la puissance réactive dans l'équipement électrique, c'est un indicateur de la comparaison entre la puissance réelle, apparente et réactive dans l'équipement. Les contrôleurs à LED sont plus performants en termes de facteur de puissance grâce à l'utilisation d'un correcteur de facteur de puissance (PFC) interne.

Les différents fournisseurs de contrôleurs de LED ont des capacités différentes dans ce domaine et il est conseillé aux fabricants de luminaires à LED de les étudier. En même temps, nous devrions essayer d'éviter un faible facteur de puissance dû à une configuration déraisonnable du luminaire (charge trop faible).

En outre, les valeurs du facteur de puissance des luminaires à LED à pleine charge et dans les systèmes de gradation varient considérablement. Cependant, nous pensons qu'un facteur de puissance plus faible de l'éclairage à LED n'est pas un problème lors de la gradation par rapport au courant d'entrée consommé.