Ce este Factor de putere? Factor de putere pentru iluminatul cu LED-uri Informații cheie

Introductive

Factorul de putere este raportul dintre puterea utilă (adică produsul dintre tensiune și curent) și puterea aparentă, iar valoarea sa variază de la 0 la 1. În mod obișnuit, factorul de putere al iluminatului cu LED-uri poate ajunge la 0,95 sau chiar 0,97-0,99, astfel încât acesta nu primește atât de multă atenție în industrie ca alți parametri (de exemplu, eficacitatea luminoasă, puterea, lentilele etc.).

Cu toate acestea, există încă pe piață unele lămpi tradiționale, precum și unele lămpi LED cu factor de putere scăzut. Aceste corpuri de iluminat pun o sarcină de curent mai mare pe rețea, necesitând utilizarea unor fire de cupru mai groase pentru a reduce încălzirea la suprasarcină a liniei și problemele legate de căderile de tensiune, ceea ce duce la creșterea costurilor de construcție municipale. În ciuda faptului că unele țări și regiuni percep taxe suplimentare pentru energia reactivă, considerăm că este necesar să se îmbunătățească factorul de putere al surselor de alimentare.

Înainte de aceasta, trebuie să înțelegem ce este factorul de putere și importanța sa. De asemenea, trebuie să știm în ce circumstanțe LED-urile funcționează mai bine în ceea ce privește factorul de putere, deoarece corpurile de iluminat cu LED nu au întotdeauna un factor de putere ridicat.

Ce este factorul de putere?

Factorul de putere este raportul dintre puterea activă (și anume, produsul dintre tensiune și curent) și puterea aparentă într-un circuit de curent alternativ. Este un parametru important pentru măsurarea eficienței echipamentelor electrice și a calității sistemului energetic. Puterea activă este puterea din sistem care este utilizată efectiv pentru a efectua lucrări, în timp ce puterea aparentă este puterea totală a sistemului, inclusiv puterea activă și puterea reactivă (puterea cauzată de diferența de fază dintre curent și tensiune, care de obicei nu efectuează lucrări utile).

Cu ajutorul formulei factorului de putere (factor de putere = putere activă / putere aparentă), știm că valoarea factorului de putere este cuprinsă între 0 și 1, ceea ce include și factorul de putere al iluminatului LED.

Pentru o sarcină pur rezistivă, factorul de putere este egal cu 1, ceea ce înseamnă că tensiunea și curentul sunt în fază. Aceasta înseamnă că tot curentul este utilizat pentru a face muncă utilă și nu există risipă. Cu toate acestea, pentru sarcinile inductive (de exemplu, motoare, transformatoare etc.) și capacitive (de exemplu, condensatoare etc.), curentul este mai mic sau mai mare decât tensiunea, ceea ce face ca o parte din putere să nu fie utilizată eficient, iar factorul de putere va fi mai mic decât 1. Un factor de putere scăzut înseamnă că există o cantitate mare de putere reactivă în circuit, ceea ce va crește pierderile de alimentare în linie și va reduce utilizarea echipamentului.

Prin urmare, îmbunătățirea factorului de putere contribuie la reducerea consumului de energie al rețelei și la îmbunătățirea eficienței echipamentelor și a calității alimentării cu energie. În practică, factorul de putere poate fi îmbunătățit prin compensarea puterii reactive, optimizarea modului de funcționare a echipamentelor și alte măsuri.

Factorul de putere al iluminatului LED - putere activă și reactivă

De ce suntem preocupați de factorul de putere?

Factorul de putere este de o importanță vitală în sistemele de putere. În opinia noastră, importanța sa este reflectată în principal în următoarele aspecte:

1. Utilizarea sporită a energiei:

În cazul unui factor de putere necorectat (de exemplu, un factor de putere prea scăzut), există o cantitate mare de pierderi de putere reactivă în sistemul energetic. Această putere inutilă nu este transformată direct în energie mecanică sau termică utilă atunci când circulă în circuit, dar generează curent suplimentar în echipamentul electric. Acest curent suplimentar încălzește rezistențele din interiorul echipamentului, crescând astfel consumul de energie al echipamentului. În schimb, îmbunătățirea factorului de putere reduce pierderile de putere reactivă și crește astfel utilizarea energiei.

2. Reducerea sarcinii pe rețea:

Îmbunătățirea factorului de putere al iluminatului cu LED-uri reduce puterea reactivă din rețea, reducând astfel sarcina din rețea. Acest lucru este esențial pentru funcționarea stabilă a sistemului energetic și ajută la evitarea unor probleme precum supraîncărcarea și defecțiunile în rețea. Dimpotrivă, un factor de putere scăzut poate conduce la un curent excesiv în rețea, care, la rândul său, afectează stabilitatea sistemului energetic.

3. Afectează performanța echipamentului:

Un factor de putere ridicat prelungește durata de viață a echipamentelor electrice și reduce risipa de energie. Atunci când factorul de putere este prea scăzut, în circuit este generată o cantitate mare de muncă inutilă, ceea ce duce la încălzirea severă a echipamentelor electrice. Atât echipamentele de rețea, cât și echipamentele care utilizează energie electrică nu agreează mediile cu temperaturi ridicate. Temperatura excesivă accelerează îmbătrânirea componentelor, ducând la degradarea performanțelor sau chiar la deteriorare. Cu alte cuvinte, factorul de putere scăzut nu numai că risipește energie, dar și provoacă deteriorarea echipamentelor.

Factor de putere scăzut din cauza diferitelor sarcini

Factorul de putere scăzut se datorează în principal utilizării de componente inductive și capacitive. Echipamentele pot fi clasificate în sarcini inductive și capacitive în funcție de numărul de elemente inductive și capacitive. Echipamentele cu mai multe componente inductive sunt sarcini inductive, în timp ce echipamentele cu mai multe componente capacitive sunt sarcini capacitive.

Sarcini pur rezistive

În plus față de sarcinile inductive și capacitive, există o serie de dispozitive, aparate și lămpi care sunt pur rezistive (adică sarcini ohmice pure). Aceasta se referă la sarcini în care circuitul conține numai componente rezistive. Atunci când este alimentat, circuitul produce numai energie termică și luminoasă și nu transformă energia electrică în alte forme de energie. Într-o sarcină pur rezistivă, curentul și tensiunea se modifică sincron, adică sunt în fază. Aceasta înseamnă că nu există diferență de fază între curent și tensiune și, prin urmare, factorul de putere este egal cu 1.

Un exemplu tipic de sarcină pur rezistivă este o lampă cu incandescență. Atunci când o lampă cu incandescență este aprinsă, energia electrică este transformată în principal în căldură și lumină, unde căldura este generată datorită trecerii curentului printr-un fir cu rezistență. Deoarece lămpile cu incandescență sunt sarcini pur rezistive, factorul lor de putere este apropiat de 1, ceea ce înseamnă că lămpile cu incandescență sunt capabile să utilizeze eficient energia electrică și să o transforme în lumină/căldură fără a genera multă putere reactivă. Desigur, acest lucru nu înseamnă că lămpile cu incandescență au cea mai mare eficiență luminoasă.

sarcină inductivă

Sarcinile inductive sunt sarcini care conțin un număr mare de componente inductive în circuit și sunt una dintre principalele cauze ale factorului de putere scăzut în echipamente. Printre sarcinile inductive se numără motoarele, transformatoarele, inductoarele etc., care generează un câmp magnetic în timpul funcționării care face ca curentul să rămână în urma tensiunii. Această întârziere determină o diferență de fază între curent și tensiune, ceea ce reduce factorul de putere. Un exemplu tipic de sarcină inductivă este reprezentat de lămpile HID, ale căror balasturi electromagnetice sunt în mod inerent inductive, rezultând un factor de putere care este de obicei în jur de 0,7 sau chiar sub 0,5. Lămpile LED intră, de asemenea, în această categorie, deși iluminatul LED poate avea un factor de putere de 0,97.

Sarcini inductive și capacitive

sarcină capacitivă

Sarcinile capacitive sunt sarcini cu un număr mare de elemente capacitive în circuit. Spre deosebire de sarcinile inductive, sarcinile capacitive (cum ar fi condensatoarele) fac ca curentul să depășească tensiunea, îmbunătățind astfel factorul de putere. Cu toate acestea, dacă reactanța capacitivă este prea mare, astfel încât să fie mai mare decât reactanța inductivă, atunci curentul va depăși tensiunea cu un unghi de fază mare, ceea ce duce din nou la o scădere a factorului de putere. Adesea, condensatorii sunt adăugați la dispozitive precum controlerele LED pentru a compensa puterea reactivă și pentru a îmbunătăți factorul de putere al iluminatului LED.

Bazele factorului de putere

În cele două secțiuni anterioare, am aflat că prezența componentelor inductive și capacitive în echipamente poate duce la o reducere a factorului de putere al echipamentelor, deci care sunt motivele specifice? Mai jos vom explica conceptele de bază într-un mod mai generalizat.

Atunci când sarcinile inductive (adică componentele care generează câmpuri magnetice, cum ar fi motoarele, transformatoarele și inductoarele) sunt prezente într-un dispozitiv, curentul care trece prin aceste dispozitive generează un câmp magnetic pentru a stoca energie. Dacă ne imaginăm câmpul magnetic ca o găleată și curentul ca apa, atunci când deschidem robinetul, apa începe să curgă în găleată, dar găleata nu se umple imediat.

Acest lucru se datorează faptului că apa are nevoie de un timp pentru a curge și a umple o găleată. În mod similar, atunci când un curent trece printr-o sarcină inductivă, acesta creează un câmp magnetic în interiorul sarcinii, dar acest câmp are nevoie de timp pentru a se constitui. Acest curent datorat stabilirii câmpului magnetic se numește “curent reactiv inductiv”.

Acest curent nu este de fapt convertit în energie utilă pentru sarcină, ci este stocat în câmpul magnetic. Există o diferență de fază între acest curent și tensiune, adică tensiunea a început să se modifice, dar curentul nu a atins încă magnitudinea modificării tensiunii.

În cazul sarcinilor inductive, aceste componente (de exemplu, motoarele electrice) pot duce la o creștere a consumului de energie în rețea, chiar dacă motorul în sine nu consumă atât de multă energie. Acest lucru se datorează faptului că sarcinile inductive consumă putere reactivă în plus față de puterea activă. Puterea reactivă nu este utilizată direct pentru a efectua muncă, ci pentru a menține câmpul magnetic din interiorul dispozitivului.

Datorită prezenței sarcinilor inductive, curentul circulă în sistem, determinând creșterea energiei totale (puterea aparentă) în sistem. Deoarece sarcinile inductive consumă putere reactivă, rețeaua trebuie să furnizeze mai mult curent pentru a satisface nevoile echipamentului. Acest lucru conduce la o creștere a consumului de energie al rețelei, chiar dacă motorul în sine nu consumă atât de multă energie.

Prin urmare, impactul puterii reactive trebuie luat în considerare la proiectarea și funcționarea sarcinilor inductive pentru a îmbunătăți eficiența echipamentelor și a reduce consumul de energie din rețea.

Factorii care afectează factorul de putere în iluminatul cu LED-uri

În cele două secțiuni anterioare, am descris ce este factorul de putere, de ce este important și cum afectează diferențele de factor de putere rețeaua electrică. În această secțiune, vom explica ce factori afectează factorul de putere al corpurilor de iluminat cu LED.

Utilizarea de surse de alimentare de calitate inferioară

Fiind o componentă majoră a corpului de iluminat, sursa de alimentare a LED-urilor are un impact semnificativ asupra factorului de putere al lămpii LED. Acest lucru se datorează faptului că există mai multe componente inductive în sursa de alimentare decât în orice altă parte a corpului de iluminat. Cu toate acestea, controlerele LED de la diferiți producători de surse de alimentare variază foarte mult în ceea ce privește performanța factorului de putere.

De exemplu, factorul de putere al surselor de alimentare din seria Infinity EUM poate ajunge la 0,97 sau chiar mai mult, în timp ce factorul de putere al surselor de alimentare din seria MOSO MXG poate ajunge doar la 0,95. Diferitele serii de controlere LED de la același producător variază, de asemenea, foarte mult în ceea ce privește performanța factorului de putere. De exemplu, sursa de alimentare D4i de la Igor EBS-080S105BT2 poate atinge un PF de 0,98.

Sursă de alimentare prost configurată

Factorul de putere al aceleiași surse de alimentare variază foarte mult în diferite configurații de corpuri de iluminat. Aici, configurația instalației depinde în principal de gradul de potrivire dintre sarcina instalației și controlerul LED. Din tabelul de mai jos putem observa că, cu cât sarcina instalației este mai mică, cu atât valoarea PF este mai slabă. Luând EUM-075S105DG ca exemplu, atunci când sarcina corpului de iluminat este de 72 W (puterea totală a corpului de iluminat este de 80 W), PF poate ajunge la 0,97. Dacă sarcina corpului de iluminat este redusă la 60W, PF va fi redus la 0,96, iar dacă continuă să fie redus la 50W, PF va fi redus la 0,95 sau chiar mai mic. Lucrul corect de făcut în acest moment este să utilizați sursa de alimentare EUM-050 pentru a controla modulul LED corespunzător pentru a obține o valoare PF mai bună.

Factorul de putere al controlerului LED

Utilizarea funcției de dimming

Funcția de reglare a intensității luminoase în corpurile de iluminat cu LED este utilizată pe scară largă. Deși dimming-ul poate economisi energie, trebuie să acordăm atenție și efectului său asupra factorului de putere (PF). În iluminatul rutier, iluminatul stradal cu LED-uri va reduce puterea pentru a minimiza supra-iluminarea atunci când traficul scade după miezul nopții. Un alt exemplu este iluminatul depozitelor, unde luminile industriale cu LED își ajustează puterea în funcție de ocuparea spațiului (ocupat sau neocupat) pentru a reduce iluminatul inutil.

De obicei, atunci când cererea de iluminat este scăzută, corpurile LED vor reduce puterea prin modificarea ieșirii controlerului LED pentru a economisi energie, adică prin reducerea puterii de ieșire a controlerului LED. Din al doilea punct putem înțelege că, în acest caz, factorul de putere al lămpilor LED poate fi redus. Se recomandă ca, în acest caz, reducerea puterii să nu depășească 50%. Dacă reducerea puterii este mai mare de 50%, este necesar un echilibru între economia de energie și valoarea factorului de putere.

Rezumați

Factorul de putere este un parametru important pentru limitarea puterii reactive în echipamentele electrice, este un indicator al comparației dintre puterea reală, aparentă și reactivă în echipament. Controlerele LED au performanțe mai bune în ceea ce privește factorul de putere datorită utilizării unui corector intern al factorului de putere (PFC).

Diferiți furnizori de controlere LED au capacități diferite în acest domeniu, iar producătorii de corpuri de iluminat LED sunt sfătuiți să îi investigheze. În același timp, ar trebui să încercăm să evităm un factor de putere scăzut din cauza unei configurații nerezonabile a corpurilor de iluminat (sarcină prea mică).

În plus, valorile factorului de putere ale corpurilor de iluminat cu LED în condiții de sarcină maximă și de sisteme de reglare a intensității variază considerabil. Cu toate acestea, considerăm că un factor de putere mai scăzut al iluminatului cu LED nu este o problemă în timpul reducerii intensității în raport cu curentul de intrare consumat.