何なのか？ 力率? LED照明の力率 主要情報

I入門

一般的に、LED照明の力率は0.95、あるいは0.97～0.99に達することがあるため、業界では他のパラメーター（発光効率、ワット数、レンズなど）ほど注目されていない。.

しかし、市場には、力率の低いLEDランプだけでなく、従来のランプもまだ残っている。これらの器具は送電網に大きな電流負荷をかけるため、送電線の過負荷発熱や電圧降下の問題を軽減するために太い銅線を使用する必要があり、自治体の建設コストの上昇につながる。一部の国や地域では無効電力に追加料金を課しているにもかかわらず、私たちは電源の力率を改善することが必要だと考えている。.

その前に、力率とは何か、その重要性を理解する必要がある。また、LED照明器具が必ずしも力率が高いとは限らないため、どのような状況下でLEDが力率の面でより優れた性能を発揮するのかを知る必要がある。.

力率とは何か？

力率とは、交流回路における皮相電力に対する有効電力（電圧と電流の積）の比率のこと。電気機器の効率や電力系統の品質を測定するための重要なパラメータである。皮相電力は、有効電力と無効電力（電流と電圧の位相差によって生じる電力で、通常は有用な仕事をしない）を含むシステムの総電力である。.

力率の公式（力率＝有効電力／皮相電力）により、力率の値は0から1の間であることが分かっており、これにはLED照明の力率も含まれる。.

純抵抗負荷の場合、力率は1に等しく、これは電圧と電流が同位相であることを意味する。これは、すべての電流が有用な仕事に使用され、無駄がないことを意味する。しかし、誘導性負荷（モーター、変圧器など）や容量性負荷（コンデンサーなど）の場合、電流が電圧より遅れたり上回ったりするため、一部の電力が有効に利用されず、力率は1より低くなる。力率が低いということは、回路に無効電力が多く存在することを意味し、線路の電源損失が増大し、機器の利用率が低下する。.

したがって、力率を改善することは、送電網の消費電力を削減し、機器の効率と電力供給の質を向上させるのに役立つ。実際には、無効電力補償や機器の運転モードの最適化などによって力率を改善することができる。.

LED照明の力率 - 有効電力と無効電力

なぜ力率を気にするのか？

力率は電力系統において極めて重要である。我々の見解では、その重要性は主に以下の側面に反映されている：

1. エネルギー利用率の向上：

力率が補正されていない（すなわち力率が低すぎる）場合、電力系統では大量の無効電力損失が発生する。この無駄な電力は、回路を流れる際に有用な機械的エネルギーや熱エネルギーに直接変換されることはありませんが、電気機器に余分な電流を発生させます。この余分な電流は機器内部の抵抗器を加熱し、機器のエネルギー消費を増加させます。逆に力率を改善すると無効電力損失が減少するため、エネルギー利用率が向上します。.

2. 送電網への負荷を減らす：

LED照明の力率を改善することで、送電網の無効電力が減少し、送電網への負荷が軽減される。これは電力系統の安定運転に不可欠であり、系統の過負荷や故障などの問題を回避するのに役立つ。逆に力率が低いと、系統に過大な電流が流れ、電力系統の安定性に影響する。.

3. 機器の性能に影響を与える：

高い力率は電気機器の寿命を延ばし、エネルギーの浪費を減らす。力率が低すぎると、回路内で無駄な仕事が大量に発生し、電気機器の加熱が激しくなる。グリッド機器も電力使用機器も高温環境を好まない。過度の温度は部品の老化を早め、性能の低下や破損にさえつながる。つまり、力率が低いとエネルギーを浪費するだけでなく、機器にダメージを与えることになる。.

異なる負荷による低い力率

力率が低いのは、主に誘導性部品と容量性部品の使用によるものである。機器は、誘導性要素と容量性要素の数によって、誘導性負荷と容量性負荷に分類することができる。誘導性要素が多い機器は誘導性負荷であり、容量性要素が多い機器は容量性負荷である。.

純抵抗負荷

誘導性負荷と容量性負荷に加えて、純粋な抵抗性負荷（すなわち、純粋なオーミック負荷）である装置、電化製品、ランプが数多く存在する。これは、回路が抵抗成分のみを含む負荷を指す。通電時、回路は熱と光のエネルギーだけを生成し、電気エネルギーを他の形態のエネルギーに変換しない。純抵抗負荷では、電流と電圧は同期して変化する、すなわち同位相である。これは、電流と電圧の間に位相差がないことを意味し、したがって力率は1に等しい。.

純粋な抵抗負荷の典型例は白熱ランプである。白熱ランプが点灯すると、電気エネルギーは主に熱と光に変換され、抵抗線を電流が通過することで熱が発生する。白熱灯は純粋な抵抗負荷であるため、力率は1に近く、白熱灯は多くの無効電力を発生させることなく、電気エネルギーを効率的に利用し、光と熱に変換することができる。もちろん、これは白熱灯の光効率が最も高いという意味ではない。.

誘導負荷

誘導負荷とは、回路内に多数の誘導成分を含む負荷のことで、機器の力率を低下させる主な原因のひとつである。誘導負荷にはモーター、変圧器、インダクターなどが含まれ、これらは動作中に磁界を発生させ、電流が電圧に遅れる原因となる。この遅れにより、電流と電圧の間に位相差が生じ、力率が低下する。誘導性負荷の典型的な例はHIDランプで、その電磁安定器は本質的に誘導性であるため、力率は通常0.7前後、あるいは0.5以下になります。LEDランプもこのカテゴリーに入るが、LED照明の力率は0.97になることもある。.

誘導性負荷と容量性負荷

容量性負荷

容量性負荷は、回路内に多数の容量性素子を持つ負荷である。誘導性負荷とは異なり、容量性負荷（コンデンサなど）は電流が電圧をオーバーランさせるため、力率が向上する。しかし、容量性リアクタンスが大きすぎて、誘導性リアクタンスよりも大きくなると、電流が大きな位相角で電圧をオーバーシュートすることになり、力率が再び低下します。多くの場合、無効電力を補償してLED照明の力率を改善するために、LEDコントローラーなどの機器にコンデンサーが追加される。.

力率の基礎

前2項では、機器内に誘導性成分や容量性成分が存在すると機器の力率が低下することを学びましたが、では具体的にはどのような理由があるのでしょうか。以下では、基本的な概念をより一般化して説明します。.

誘導負荷（モーター、トランス、インダクターなど磁界を発生させる部品）が装置内に存在する場合、これらの装置を通過する電流は磁界を発生させ、エネルギーを蓄える。磁場をバケツ、電流を水と想像すると、蛇口をひねると水がバケツに流れ始めるが、バケツはすぐにはいっぱいにならない。.

これは、水が流れてバケツを満たすのに時間がかかるからである。同様に、誘導負荷に電流が流れると負荷の内部に磁界が発生するが、この磁界ができるまでには時間がかかる。この磁界の確立による電流を「誘導無効電流」と呼ぶ。.

この電流は実際には負荷に役立つエネルギーには変換されず、磁界に蓄えられる。この電流と電圧の間には位相差があります。つまり、電圧は変化し始めていますが、電流はまだ電圧変化の大きさに達していません。.

誘導負荷では、これらのコンポーネント（電気モーターなど）は、モーター自体はそれほどエネルギーを消費しないにもかかわらず、送電網でのエネルギー消費の増加につながる可能性がある。これは、誘導負荷が有効電力に加えて無効電力を消費するためである。無効電力は仕事をするために直接使われるのではなく、装置内部の磁場を維持するために使われる。.

誘導負荷の存在により、電流がシステム内を循環し、システム内の総エネルギー（皮相電力）が増加する。誘導負荷は無効電力を消費するため、送電網は機器のニーズを満たすためにより多くの電流を供給する必要があります。これは、モーター自体はそれほどエネルギーを消費していないにもかかわらず、送電網のエネルギー消費の増加につながります。.

そのため、誘導負荷を設計・運用する際には、無効電力の影響を考慮し、機器の効率を向上させ、系統のエネルギー消費量を削減する必要がある。.

LED照明の力率に影響を与える要因

前の2つのセクションでは、力率とは何か、なぜ力率が重要なのか、力率の違いが送電網にどのような影響を与えるのかを説明した。このセクションでは、LED照明器具の力率に影響を与える要因について説明する。.

低品質電源の使用

照明器具の主要部品であるLED電源は、LEDランプの力率に大きな影響を与える。これは、電源には器具の他のどの部分よりも誘導部品が多いという事実によるものである。しかし、異なる電源メーカーのLEDコントローラーは、その力率性能が大きく異なる。.

例えば、Infinity EUMシリーズの電源の力率は0.97あるいはそれ以上に達するが、MOSO MXGシリーズの電源の力率は0.95にしか達しない。同じメーカーの異なるシリーズのLEDコントローラーも、力率性能の点で大きく異なる。例えば、Igor EBS-080S105BT2のD4i電源は、力率0.98に達することができる。.

電源構成の不備

同じ電源の力率は、器具構成によって大きく異なる。ここで、フィクスチャーの構成は、主にフィクスチャー負荷とLEDコントローラー間のマッチングの度合いに依存する。下の表から、器具の負荷が小さいほど、PF値が悪いことがわかります。EUM-075S105DGを例にとると、照明器具負荷が72W（照明器具の総電力は80W）の場合、PFは0.97に達します。照明器具の負荷が60Wに減少した場合、PFは0.96に減少し、引き続き50Wに減少した場合、PFは0.95またはそれ以下に減少します。この時点で行うべき正しいことは、EUM-050電源を使用して対応するLEDモジュールを制御し、より良いPF値を得ることです。.

LEDコントローラーの力率

調光機能の使用

LED照明器具の調光機能は広く普及している。調光は省エネにつながるが、力率（PF）への影響にも注意が必要だ。道路照明では、LED街路灯は深夜以降に交通量が減少すると、過剰照明を最小限に抑えるために電力を削減する。もう一つの例は倉庫の照明で、LED産業用照明は空間の占有率（稼働中か未稼働か）に基づいて出力を調整し、不要な照明を減らす。.

通常、照明需要が少ない場合、LED器具は省エネのためにLEDコントローラーの出力を変更する、つまりLEDコントローラーの出力電力を下げることで電力を削減する。この場合、LEDランプの力率が低下する可能性がある。この場合、電力削減は50%を超えないことが推奨される。電力削減が50%を超える場合は、省エネと力率値のバランスが必要となる。.

要約する

力率は、電気機器の無効電力を制限するための重要なパラメータであり、機器の実質電力、皮相電力、無効電力の比較を示す指標です。LEDコントローラは、内蔵の力率改善器（PFC）の使用により、力率の点でより優れた性能を発揮します。.

LEDコントローラーのサプライヤーによって、この分野での能力は異なるので、LED照明器具メーカーはそれらを調査することをお勧めする。同時に、無理な器具構成（負荷が低すぎる）による力率の低下は避けるようにすべきである。.

さらに、全負荷時と調光時のLED照明器具の力率値はかなり異なる。しかし、LED照明の力率は、消費される入力電流に比べれば、調光時には低くても問題ないと考えている。.

関連商品