Apa itu Faktor Daya? Informasi Utama Faktor Daya Pencahayaan LED

Ipengantar

Faktor daya adalah rasio daya yang berguna (yaitu, produk tegangan dan arus) terhadap daya semu, dan nilainya berkisar antara 0 hingga 1. Biasanya, faktor daya pencahayaan LED dapat mencapai 0,95, atau bahkan 0,97 hingga 0,99, sehingga tidak mendapat banyak perhatian di industri seperti parameter lainnya (misalnya, efikasi cahaya, watt, lensa, dll.).

Namun, masih ada beberapa lampu tradisional di pasaran serta beberapa lampu LED dengan faktor daya rendah. Perlengkapan lampu ini memberikan beban arus yang lebih besar pada jaringan listrik, sehingga memerlukan penggunaan kabel tembaga yang lebih tebal untuk mengurangi pemanasan berlebih pada saluran listrik dan masalah penurunan tegangan, yang menyebabkan biaya konstruksi kota yang lebih tinggi. Terlepas dari kenyataan bahwa beberapa negara dan wilayah mengenakan biaya tambahan untuk daya reaktif, kami percaya bahwa perlu untuk meningkatkan faktor daya pasokan listrik.

Sebelum itu, kita perlu memahami apa itu faktor daya dan pentingnya faktor daya. Kita juga perlu mengetahui dalam situasi apa LED berkinerja lebih baik dalam hal faktor daya, karena luminer LED tidak selalu memiliki faktor daya yang tinggi.

Apa yang dimaksud dengan faktor daya?

Faktor daya adalah rasio daya aktif (yaitu hasil kali tegangan dan arus) terhadap daya semu dalam rangkaian AC. Ini adalah parameter penting untuk mengukur efisiensi peralatan listrik dan kualitas sistem daya. Daya aktif adalah daya dalam sistem yang benar-benar digunakan untuk melakukan pekerjaan, sedangkan daya semu adalah daya total sistem, termasuk daya aktif dan daya reaktif (daya yang disebabkan oleh perbedaan fasa antara arus dan tegangan, yang biasanya tidak melakukan pekerjaan yang berguna).

Dengan rumus faktor daya (faktor daya = daya aktif/daya semu), kita tahu bahwa nilai faktor daya adalah antara 0 dan 1, yang juga mencakup faktor daya pencahayaan LED.

Untuk beban resistif murni, faktor daya sama dengan 1, yang berarti bahwa tegangan dan arus berada dalam fase yang sama. Ini berarti bahwa semua arus digunakan untuk melakukan pekerjaan yang berguna dan tidak ada pemborosan. Namun, untuk beban induktif (misalnya, motor, transformator, dll.) Dan beban kapasitif (misalnya, kapasitor, dll.), Arus tertinggal atau melebihi tegangan, yang mengakibatkan sebagian daya tidak digunakan secara efektif, dan faktor daya akan lebih rendah dari 1. Faktor daya yang rendah berarti ada sejumlah besar daya reaktif dalam rangkaian, yang akan meningkatkan kehilangan catu daya di saluran dan mengurangi pemanfaatan peralatan.

Oleh karena itu, meningkatkan faktor daya membantu mengurangi konsumsi daya jaringan dan meningkatkan efisiensi peralatan dan kualitas catu daya. Dalam praktiknya, faktor daya dapat ditingkatkan melalui kompensasi daya reaktif, optimalisasi mode operasi peralatan, dan tindakan lainnya.

Faktor daya pencahayaan LED - daya aktif dan reaktif

Mengapa kami peduli dengan faktor daya?

Faktor daya sangat penting dalam sistem daya. Menurut pendapat kami, pentingnya faktor daya terutama tercermin dalam aspek-aspek berikut ini:

1. Peningkatan pemanfaatan energi:

Dengan faktor daya yang tidak dikoreksi (yaitu faktor daya yang terlalu rendah), terdapat sejumlah besar daya reaktif yang hilang dalam sistem daya. Daya yang tidak berguna ini tidak secara langsung diubah menjadi energi mekanik atau termal yang berguna ketika mengalir di sirkuit, tetapi menghasilkan arus ekstra dalam peralatan listrik. Arus ekstra ini memanaskan resistor di dalam peralatan, sehingga meningkatkan konsumsi energi peralatan. Sebaliknya, meningkatkan faktor daya mengurangi kehilangan daya reaktif dan dengan demikian meningkatkan pemanfaatan energi.

2. Kurangi beban pada jaringan:

Meningkatkan faktor daya pencahayaan LED akan mengurangi daya reaktif dalam jaringan, sehingga mengurangi beban pada jaringan. Hal ini penting untuk pengoperasian sistem daya yang stabil dan membantu menghindari masalah seperti kelebihan beban dan gangguan pada jaringan. Sebaliknya, faktor daya yang rendah dapat menyebabkan arus yang berlebihan di jaringan, yang pada gilirannya memengaruhi stabilitas sistem daya.

3. Mempengaruhi kinerja peralatan:

Faktor daya yang tinggi memperpanjang umur peralatan listrik dan mengurangi pemborosan energi. Ketika faktor daya terlalu rendah, sejumlah besar pekerjaan yang tidak berguna dihasilkan di sirkuit, yang menyebabkan pemanasan parah pada peralatan listrik. Peralatan jaringan dan peralatan yang menggunakan daya tidak menyukai lingkungan bersuhu tinggi. Suhu yang berlebihan mempercepat penuaan komponen, yang menyebabkan penurunan kinerja atau bahkan kerusakan. Dengan kata lain, faktor daya yang rendah tidak hanya memboroskan energi, tetapi juga menyebabkan kerusakan pada peralatan.

Faktor daya rendah karena beban yang berbeda

Faktor daya yang rendah terutama disebabkan oleh penggunaan komponen induktif dan kapasitif. Peralatan dapat dikategorikan ke dalam beban induktif dan kapasitif tergantung pada jumlah elemen induktif dan kapasitif. Peralatan dengan lebih banyak komponen induktif adalah beban induktif, sedangkan peralatan dengan lebih banyak komponen kapasitif adalah beban kapasitif.

Beban resistif murni

Selain beban induktif dan kapasitif, ada sejumlah perangkat, peralatan, dan lampu yang murni bersifat resistif (yaitu, beban ohmik murni). Ini mengacu pada beban di mana rangkaian hanya berisi komponen resistif. Ketika diberi energi, rangkaian hanya menghasilkan energi panas dan cahaya dan tidak mengubah energi listrik menjadi bentuk energi lain. Pada beban resistif murni, arus dan tegangan berubah secara serempak, yaitu dalam fase yang sama. Ini berarti bahwa tidak ada perbedaan fase antara arus dan tegangan dan oleh karena itu faktor daya sama dengan 1.

Contoh umum dari beban resistif murni adalah lampu pijar. Ketika lampu pijar dinyalakan, energi listrik diubah terutama menjadi panas dan cahaya, di mana panas dihasilkan karena aliran arus melalui kawat resistansi. Karena lampu pijar adalah beban resistif murni, faktor dayanya mendekati 1, yang berarti bahwa lampu pijar mampu memanfaatkan energi listrik secara efisien dan mengubahnya menjadi cahaya/panas tanpa menghasilkan banyak daya reaktif. Tentu saja, ini tidak berarti bahwa lampu pijar memiliki efisiensi cahaya tertinggi.

beban induktif

Beban induktif adalah beban yang mengandung sejumlah besar komponen induktif dalam rangkaian dan merupakan salah satu penyebab utama rendahnya faktor daya pada peralatan. Beban induktif meliputi motor, transformator, dan induktor, dll., yang menghasilkan medan magnet selama operasi yang menyebabkan arus tertinggal dari tegangan. Kelambatan ini menyebabkan perbedaan fasa antara arus dan tegangan, yang mengurangi faktor daya. Contoh umum dari beban induktif adalah lampu HID, yang ballast elektromagnetiknya secara inheren bersifat induktif, sehingga menghasilkan faktor daya yang biasanya sekitar 0,7 atau bahkan di bawah 0,5. Lampu LED juga termasuk dalam kategori ini, meskipun pencahayaan LED dapat memiliki faktor daya 0,97.

Beban induktif dan kapasitif

beban kapasitif

Beban kapasitif adalah beban dengan sejumlah besar elemen kapasitif dalam rangkaian. Tidak seperti beban induktif, beban kapasitif (seperti kapasitor) menyebabkan arus melampaui tegangan, sehingga meningkatkan faktor daya. Namun, jika reaktansi kapasitif terlalu besar, sehingga lebih besar daripada reaktansi induktif, maka arus akan melampaui tegangan dengan sudut fasa yang besar, yang sekali lagi mengakibatkan penurunan faktor daya. Sering kali, kapasitor ditambahkan ke perangkat, seperti pengontrol LED untuk mengimbangi daya reaktif dan memperbaiki faktor daya pencahayaan LED.

Dasar-dasar Faktor Daya

Dalam dua bagian sebelumnya, kita telah mempelajari bahwa keberadaan komponen induktif dan kapasitif dalam peralatan dapat menyebabkan penurunan faktor daya peralatan, jadi apa alasan spesifiknya? Di bawah ini kami menjelaskan konsep dasar dengan cara yang lebih umum.

Ketika beban induktif (yaitu, komponen yang menghasilkan medan magnet, seperti motor, transformator, dan induktor) ada dalam perangkat, arus yang melewati perangkat ini menghasilkan medan magnet untuk menyimpan energi. Jika kita membayangkan medan magnet sebagai ember dan arus sebagai air, ketika kita menyalakan keran, air mulai mengalir ke dalam ember, tetapi ember tidak langsung terisi penuh.

Hal ini karena air membutuhkan waktu untuk mengalir dan mengisi ember. Demikian pula, ketika arus mengalir melalui beban induktif, arus tersebut menciptakan medan magnet di dalam beban, tetapi medan ini membutuhkan waktu untuk terbentuk. Arus yang timbul akibat pembentukan medan magnet ini disebut “arus reaktif induktif”.

Arus ini tidak benar-benar diubah menjadi energi yang berguna untuk beban, tetapi disimpan dalam medan magnet. Terdapat perbedaan fase antara arus ini dan tegangan, yaitu tegangan sudah mulai berubah, tetapi arus belum mencapai besarnya perubahan tegangan.

Pada beban induktif, komponen-komponen ini (misalnya, motor listrik) dapat menyebabkan peningkatan konsumsi energi pada jaringan, meskipun motor itu sendiri tidak mengkonsumsi energi sebanyak itu. Hal ini karena beban induktif mengkonsumsi daya reaktif selain daya aktif. Daya reaktif tidak digunakan secara langsung untuk melakukan pekerjaan, tetapi untuk mempertahankan medan magnet di dalam perangkat.

Karena adanya beban induktif, arus bersirkulasi dalam sistem, menyebabkan energi total (daya semu) dalam sistem meningkat. Karena beban induktif mengkonsumsi daya reaktif, jaringan perlu memasok lebih banyak arus untuk memenuhi kebutuhan peralatan. Hal ini menyebabkan peningkatan konsumsi energi jaringan, meskipun motor itu sendiri tidak mengkonsumsi energi sebanyak itu.

Oleh karena itu, dampak daya reaktif perlu dipertimbangkan ketika merancang dan mengoperasikan beban induktif untuk meningkatkan efisiensi peralatan dan mengurangi konsumsi energi jaringan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi faktor daya dalam pencahayaan LED

Pada dua bagian sebelumnya, kami telah menjelaskan apa itu faktor daya, mengapa faktor daya itu penting, dan bagaimana perbedaan faktor daya memengaruhi jaringan. Pada bagian ini, kami menjelaskan faktor apa saja yang mempengaruhi faktor daya luminer LED.

Penggunaan catu daya berkualitas rendah

Sebagai komponen utama luminer, catu daya LED memiliki dampak yang signifikan pada faktor daya lampu LED. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa terdapat lebih banyak komponen induktif dalam catu daya daripada bagian lain dari perlengkapan lampu. Namun, pengontrol LED dari produsen catu daya yang berbeda sangat bervariasi dalam performa faktor daya mereka.

Contohnya, faktor daya catu daya seri Infinity EUM bisa mencapai 0,97 atau bahkan lebih tinggi, sedangkan faktor daya catu daya seri MOSO MXG hanya bisa mencapai 0,95. Seri pengontrol LED yang berbeda dari produsen yang sama, juga sangat bervariasi dalam hal performa faktor daya. Sebagai contoh, catu daya D4i dari Igor EBS-080S105BT2 dapat mencapai PF 0,98.

Catu daya yang dikonfigurasi dengan buruk

Faktor daya dari catu daya yang sama sangat bervariasi dalam konfigurasi perlengkapan yang berbeda. Di sini, konfigurasi perlengkapan terutama bergantung pada tingkat kecocokan antara beban perlengkapan dan pengontrol LED. Dari tabel di bawah ini kita dapat melihat bahwa semakin kecil beban perlengkapan, semakin buruk nilai PF. Mengambil EUM-075S105DG sebagai contoh, ketika beban luminer 72W (total daya luminer 80W), PF dapat mencapai 0,97. Jika beban luminer dikurangi menjadi 60W, PF akan berkurang menjadi 0,96, dan jika terus dikurangi menjadi 50W, PF akan berkurang menjadi 0,95 atau bahkan lebih rendah. Hal yang tepat untuk dilakukan pada saat ini adalah menggunakan catu daya EUM-050 untuk mengontrol modul LED yang sesuai untuk mendapatkan nilai PF yang lebih baik.

Faktor daya pengontrol LED

Penggunaan fungsi peredupan

Fungsi peredupan pada luminer LED digunakan secara luas. Meskipun peredupan dapat menghemat energi, kita juga perlu memperhatikan pengaruhnya terhadap faktor daya (PF). Pada penerangan jalan raya, lampu jalan LED akan mengurangi daya untuk meminimalkan pencahayaan berlebih saat lalu lintas berkurang setelah tengah malam. Contoh lainnya adalah pada pencahayaan gudang, di mana lampu industri LED menyesuaikan outputnya berdasarkan hunian ruang (ditempati atau tidak ditempati) untuk mengurangi pencahayaan yang tidak perlu.

Biasanya, ketika permintaan pencahayaan rendah, perlengkapan LED akan mengurangi daya dengan mengubah output pengontrol LED untuk menghemat energi, yaitu mengurangi daya output pengontrol LED. Dari poin kedua, kita dapat memahami bahwa dalam kasus ini, faktor daya lampu LED dapat dikurangi. Direkomendasikan bahwa dalam kasus ini, pengurangan daya tidak boleh melebihi 50%. Jika pengurangan daya lebih dari 50%, diperlukan keseimbangan antara penghematan energi dan nilai faktor daya.

Rangkuman

Faktor daya adalah parameter penting untuk membatasi daya reaktif pada peralatan listrik, ini merupakan indikator perbandingan antara daya nyata, semu, dan daya reaktif pada peralatan. Pengontrol LED berkinerja lebih baik dalam hal faktor daya karena penggunaan korektor faktor daya internal (PFC).

Pemasok pengontrol LED yang berbeda memiliki kemampuan yang berbeda dalam bidang ini dan produsen luminer LED disarankan untuk menyelidikinya. Pada saat yang sama, kita harus mencoba menghindari faktor daya rendah karena konfigurasi perlengkapan yang tidak masuk akal (beban terlalu rendah).

Selain itu, nilai faktor daya luminer LED di bawah beban penuh dan sistem peredupan sangat bervariasi. Namun, kami percaya bahwa faktor daya pencahayaan LED yang lebih rendah tidak menjadi masalah selama peredupan relatif terhadap arus input yang dikonsumsi.