Wat is Vermogensfactor? Belangrijke informatie over de vermogensfactor van LED-verlichting

Inleiding

Vermogensfactor is de verhouding tussen nuttig vermogen (d.w.z. het product van spanning en stroom) en schijnbaar vermogen en de waarde ervan varieert van 0 tot 1. Gewoonlijk kan de vermogensfactor van LED-verlichting 0,95 of zelfs 0,97 tot 0,99 bereiken, waardoor deze in de industrie niet zoveel aandacht krijgt als andere parameters (bijv. lichtrendement, wattage, lenzen, enz.).

Er zijn echter nog steeds enkele traditionele lampen op de markt, evenals enkele LED-lampen met een lage vermogensfactor. Deze armaturen belasten het elektriciteitsnet met een grotere stroom, waardoor dikkere koperdraden nodig zijn om overbelasting van de lijn en problemen met spanningsdalingen te voorkomen, wat leidt tot hogere gemeentelijke aanlegkosten. Ondanks het feit dat sommige landen en regio's extra kosten in rekening brengen voor blindvermogen, geloven wij dat het noodzakelijk is om de arbeidsfactor van stroomvoorzieningen te verbeteren.

Eerst moeten we begrijpen wat arbeidsfactor is en wat het belang ervan is. We moeten ook weten onder welke omstandigheden LED's beter presteren in termen van arbeidsfactor, omdat LED-armaturen niet altijd een hoge arbeidsfactor hebben.

Wat is arbeidsfactor?

Vermogensfactor is de verhouding tussen actief vermogen (d.w.z. het product van spanning en stroom) en schijnbaar vermogen in een wisselstroomcircuit. Het is een belangrijke parameter voor het meten van de efficiëntie van elektrische apparatuur en de kwaliteit van het elektriciteitssysteem. Actief vermogen is het vermogen in het systeem dat daadwerkelijk wordt gebruikt om werk te verrichten, terwijl schijnbaar vermogen het totale vermogen van het systeem is, inclusief actief vermogen en reactief vermogen (vermogen dat wordt veroorzaakt door het faseverschil tussen stroom en spanning, dat meestal geen nuttig werk verricht).

Met de vermogensfactorformule (vermogensfactor = actief vermogen / schijnbaar vermogen) weten we dat de waarde van de vermogensfactor tussen 0 en 1 ligt, wat ook geldt voor de vermogensfactor van LED-verlichting.

Voor een zuiver resistieve belasting is de vermogensfactor gelijk aan 1, wat betekent dat de spanning en stroom in fase zijn. Dit betekent dat alle stroom wordt gebruikt om nuttig werk te doen en dat er geen verspilling is. Voor inductieve belastingen (bijv. motoren, transformatoren, enz.) en capacitieve belastingen (bijv. condensatoren, enz.) loopt de stroom echter achter op of is groter dan de spanning, waardoor een deel van het vermogen niet effectief wordt gebruikt en de arbeidsfactor lager is dan 1. Een lage arbeidsfactor betekent dat er een grote hoeveelheid blindvermogen in het circuit aanwezig is, waardoor de voedingsverliezen in de lijn toenemen en het gebruik van de apparatuur afneemt.

Daarom helpt het verbeteren van de vermogensfactor om het stroomverbruik van het net te verminderen en de efficiëntie van de apparatuur en de kwaliteit van de stroomvoorziening te verbeteren. In de praktijk kan de vermogensfactor worden verbeterd door compensatie van reactief vermogen, optimalisatie van de werkingsmodus van apparatuur en andere maatregelen.

Arbeidsfactor LED-verlichting - actief en reactief vermogen

Waarom maken we ons zorgen over de arbeidsfactor?

Vermogensfactor is van vitaal belang in elektriciteitssystemen. Naar onze mening komt het belang ervan vooral tot uiting in de volgende aspecten:

1. Verhoogd energiegebruik:

Met een ongecorrigeerde vermogensfactor (d.w.z. een te lage vermogensfactor) is er een groot verlies aan reactief vermogen in het elektriciteitssysteem. Dit nutteloze vermogen wordt niet direct omgezet in bruikbare mechanische of thermische energie wanneer het in het circuit stroomt, maar het genereert extra stroom in de elektrische apparatuur. Deze extra stroom verwarmt de weerstanden in de apparatuur, waardoor het energieverbruik van de apparatuur toeneemt. Omgekeerd vermindert het verbeteren van de vermogensfactor de verliezen aan reactief vermogen, waardoor het energieverbruik toeneemt.

2. Verminder de belasting van het elektriciteitsnet:

Het verbeteren van de arbeidsfactor van LED-verlichting vermindert het blindvermogen in het elektriciteitsnet, waardoor de belasting van het elektriciteitsnet afneemt. Dit is essentieel voor een stabiele werking van het elektriciteitssysteem en helpt problemen zoals overbelasting en storingen in het net te voorkomen. Daarentegen kan een lage vermogensfactor leiden tot een te hoge stroom in het net, wat weer van invloed is op de stabiliteit van het elektriciteitssysteem.

3. Heeft invloed op de prestaties van apparatuur:

Een hoge arbeidsfactor verlengt de levensduur van elektrische apparatuur en vermindert energieverspilling. Wanneer de arbeidsfactor te laag is, wordt er een grote hoeveelheid nutteloos werk gegenereerd in het circuit, wat leidt tot ernstige opwarming van elektrische apparatuur. Zowel netapparatuur als stroomverbruikende apparatuur houden niet van omgevingen met hoge temperaturen. Een te hoge temperatuur versnelt de veroudering van componenten, wat leidt tot prestatievermindering of zelfs schade. Met andere woorden, een lage vermogensfactor verspilt niet alleen energie, maar veroorzaakt ook schade aan apparatuur.

Lage vermogensfactor door verschillende belastingen

De lage vermogensfactor is voornamelijk te wijten aan het gebruik van inductieve en capacitieve componenten. Apparatuur kan worden ingedeeld in inductieve en capacitieve belastingen, afhankelijk van het aantal inductieve en capacitieve elementen. Apparatuur met meer inductieve componenten zijn inductieve belastingen, terwijl apparatuur met meer capacitieve componenten capacitieve belastingen zijn.

Zuiver resistieve belastingen

Naast inductieve en capacitieve belastingen zijn er een aantal apparaten, toestellen en lampen die puur weerstand bieden (d.w.z. zuivere ohmse belastingen). Dit zijn belastingen waarbij het circuit alleen resistieve componenten bevat. Wanneer het circuit onder spanning staat, produceert het alleen warmte en lichtenergie en zet het geen elektrische energie om in andere vormen van energie. In een zuiver resistieve belasting veranderen de stroom en spanning synchroon, d.w.z. ze zijn in fase. Dit betekent dat er geen faseverschil is tussen de stroom en de spanning en dat de arbeidsfactor gelijk is aan 1.

Een typisch voorbeeld van een zuiver resistieve belasting is een gloeilamp. Wanneer een gloeilamp brandt, wordt elektrische energie voornamelijk omgezet in warmte en licht, waarbij warmte wordt gegenereerd door de stroom door een weerstandsdraad. Aangezien gloeilampen puur weerstandsbelastingen zijn, ligt hun vermogensfactor dicht bij 1, wat betekent dat gloeilampen in staat zijn om elektrische energie efficiënt te gebruiken en om te zetten in licht/warmte zonder veel reactief vermogen te genereren. Dit betekent natuurlijk niet dat gloeilampen het hoogste lichtrendement hebben.

inductieve belasting

Inductieve belastingen zijn belastingen die een groot aantal inductieve componenten in het circuit bevatten en zijn een van de belangrijkste oorzaken van een lage vermogensfactor in apparatuur. Inductieve belastingen zijn onder andere motoren, transformatoren en inductoren die tijdens bedrijf een magnetisch veld genereren dat ervoor zorgt dat de stroom achterloopt op de spanning. Deze vertraging veroorzaakt een faseverschil tussen de stroom en de spanning, wat de arbeidsfactor verlaagt. Een typisch voorbeeld van een inductieve belasting zijn HID-lampen, waarvan de elektromagnetische voorschakelapparaten inherent inductief zijn, wat resulteert in een vermogensfactor die meestal rond de 0,7 of zelfs onder de 0,5 ligt. LED lampen vallen ook in deze categorie, hoewel LED verlichting een power factor van 0,97 kan hebben.

Inductieve en capacitieve belastingen

capacitieve last

Capacitieve belastingen zijn belastingen met een groot aantal capacitieve elementen in het circuit. In tegenstelling tot inductieve belastingen zorgen capacitieve belastingen (zoals condensatoren) ervoor dat de stroom de spanning overschrijdt, waardoor de arbeidsfactor verbetert. Als de capacitieve reactantie echter te groot is, zodat deze groter is dan de inductieve reactantie, zal de stroom de spanning met een grote fasehoek overschrijden, wat weer resulteert in een daling van de arbeidsfactor. Vaak worden condensatoren toegevoegd aan apparaten zoals LED-regelaars om het blindvermogen te compenseren en de arbeidsfactor van LED-verlichting te verbeteren.

Grondbeginselen van vermogensfactor

In de vorige twee hoofdstukken hebben we geleerd dat de aanwezigheid van inductieve en capacitieve componenten in apparatuur kan leiden tot een verlaging van de arbeidsfactor van de apparatuur. Hieronder leggen we de basisbegrippen op een meer algemene manier uit.

Wanneer inductieve belastingen (d.w.z. componenten die magnetische velden genereren, zoals motoren, transformatoren en spoelen) aanwezig zijn in een apparaat, genereert de stroom die door deze apparaten gaat een magnetisch veld om energie op te slaan. Als we ons het magnetische veld voorstellen als een emmer en de stroom als water, als we de kraan opendraaien, begint het water in de emmer te stromen, maar de emmer vult zich niet onmiddellijk.

Dit komt omdat het even duurt voordat water stroomt en een emmer vult. Op dezelfde manier creëert een stroom door een inductieve belasting een magnetisch veld in de belasting, maar het duurt even voordat dit veld is opgebouwd. Deze stroom als gevolg van de opbouw van het magnetische veld wordt “inductieve blindstroom” genoemd.

Deze stroom wordt niet omgezet in nuttige energie voor de belasting, maar wordt opgeslagen in het magnetische veld. Er is een faseverschil tussen deze stroom en de spanning, d.w.z. de spanning is begonnen te veranderen, maar de stroom heeft nog niet de grootte van de spanningsverandering bereikt.

Bij inductieve belastingen kunnen deze componenten (bijv. elektromotoren) leiden tot een toename van het energieverbruik op het elektriciteitsnet, ook al verbruikt de motor zelf niet zoveel energie. Dit komt omdat inductieve belastingen naast actief vermogen ook reactief vermogen verbruiken. Het blindvermogen wordt niet direct gebruikt om arbeid te verrichten, maar om het magnetische veld in het apparaat in stand te houden.

Door de aanwezigheid van inductieve belastingen circuleert er stroom in het systeem, waardoor de totale energie (schijnbaar vermogen) in het systeem toeneemt. Aangezien inductieve belastingen reactief vermogen verbruiken, moet het elektriciteitsnet meer stroom leveren om aan de behoeften van de apparatuur te voldoen. Dit leidt tot een toename in het energieverbruik van het elektriciteitsnet, ook al verbruikt de motor zelf niet zoveel energie.

Daarom moet de invloed van blindvermogen worden overwogen bij het ontwerpen en gebruiken van inductieve belastingen om de efficiëntie van apparatuur te verbeteren en het energieverbruik van het net te verlagen.

Factoren die de arbeidsfactor in LED-verlichting beïnvloeden

In de vorige twee hoofdstukken hebben we beschreven wat power factor is, waarom het belangrijk is en hoe power factor verschillen het elektriciteitsnet beïnvloeden. In dit hoofdstuk leggen we uit welke factoren de power factor van LED armaturen beïnvloeden.

Gebruik van voedingen van mindere kwaliteit

Als een belangrijk onderdeel van het armatuur heeft de LED voeding een aanzienlijke invloed op de power factor van de LED lamp. Dit komt doordat de voeding meer inductieve componenten bevat dan enig ander onderdeel van de armatuur. LED regelaars van verschillende voedingsfabrikanten variëren echter sterk in hun prestaties wat betreft de power factor.

De arbeidsfactor van Infinity EUM-serie voedingen kan bijvoorbeeld 0,97 of zelfs hoger zijn, terwijl de arbeidsfactor van MOSO MXG-serie voedingen slechts 0,95 kan bereiken. Verschillende series LED-controllers van dezelfde fabrikant variëren ook sterk wat betreft hun prestaties op het gebied van arbeidsfactor. De D4i voeding van Igor EBS-080S105BT2 kan bijvoorbeeld een PF van 0,98 bereiken.

Slecht geconfigureerde voeding

De arbeidsfactor van dezelfde voeding varieert sterk in verschillende armatuurconfiguraties. Hier hangt de armatuurconfiguratie voornamelijk af van de mate van afstemming tussen de armatuurbelasting en de LED-controller. Uit de onderstaande tabel kunnen we zien dat hoe kleiner de belasting van de armatuur, hoe slechter de PF-waarde. Als we EUM-075S105DG als voorbeeld nemen en de armatuurbelasting 72 W is (totaal armatuurvermogen is 80 W), kan de PF 0,97 bereiken. Als de armatuurbelasting wordt verlaagd naar 60 W, wordt de PF verlaagd naar 0,96 en als deze verder wordt verlaagd naar 50 W, wordt de PF verlaagd naar 0,95 of zelfs lager. Het juiste om op dit punt te doen is om de EUM-050 voeding te gebruiken om de corresponderende LED module aan te sturen om een betere PF waarde te krijgen.

Vermogensfactor van LED-regelaar

Gebruik van dimfunctie

De dimfunctie in LED-armaturen wordt veel gebruikt. Hoewel dimmen energie kan besparen, moeten we ook aandacht besteden aan het effect op de arbeidsfactor (PF). Bij straatverlichting zullen LED straatlantaarns het vermogen verminderen om overbelichting te minimaliseren wanneer het verkeer na middernacht afneemt. Een ander voorbeeld is magazijnverlichting, waar LED industriële lampen hun vermogen aanpassen op basis van de bezetting van de ruimte (bezet of onbezet) om onnodige verlichting te beperken.

Gewoonlijk, wanneer de verlichtingsvraag laag is, zullen de LED armaturen het vermogen verlagen door de output van de LED controller te veranderen om energie te besparen, d.w.z. door het uitgangsvermogen van de LED controller te verlagen. Uit het tweede punt kunnen we begrijpen dat in dit geval de arbeidsfactor van LED lampen kan afnemen. Het wordt aanbevolen dat in dit geval de vermogensreductie niet meer dan 50% bedraagt. Als de vermogensreductie meer is dan 50%, is een balans tussen energiebesparing en de waarde van de arbeidsfactor vereist.

Samenvatten

Vermogensfactor is een belangrijke parameter voor het beperken van blindvermogen in elektrische apparatuur, het is een indicator voor de vergelijking tussen reëel, schijnbaar en blindvermogen in de apparatuur. LED regelaars presteren beter op het gebied van vermogensfactor door het gebruik van een interne vermogensfactorcorrector (PFC).

Verschillende leveranciers van LED-regelaars hebben verschillende mogelijkheden op dit gebied en fabrikanten van LED-armaturen wordt geadviseerd deze te onderzoeken. Tegelijkertijd moeten we proberen een lage arbeidsfactor als gevolg van een onredelijke armatuurconfiguratie (te lage belasting) te voorkomen.

Bovendien variëren de waarden van de arbeidsfactor van LED-armaturen bij volle belasting en dimsystemen aanzienlijk. We zijn echter van mening dat een lagere vermogensfactor van LED-verlichting geen probleem is tijdens het dimmen in verhouding tot de verbruikte ingangsstroom.