Čo je Účinník? Kľúčové informácie o výkonovom faktore LED osvetlenia

Introductory

Účinník je pomer užitočného výkonu (t. j. súčinu napätia a prúdu) k zdanlivému výkonu a jeho hodnota sa pohybuje v rozmedzí od 0 do 1. Účinník LED osvetlenia môže zvyčajne dosiahnuť hodnotu 0,95 alebo dokonca 0,97 až 0,99, preto sa mu v priemysle nevenuje taká pozornosť ako iným parametrom (napr. svetelnej účinnosti, príkonu, šošovkám atď.).

Na trhu sú však stále k dispozícii niektoré tradičné žiarovky, ako aj niektoré LED žiarovky s nízkym účinníkom. Tieto svietidlá zaťažujú sieť väčším prúdom, čo si vyžaduje použitie hrubších medených vodičov na zníženie problémov s ohrevom vedenia pri preťažení a poklesom napätia, čo vedie k vyšším nákladom na výstavbu v obciach. Napriek tomu, že v niektorých krajinách a regiónoch sa za jalový výkon účtuje príplatok, sme presvedčení, že je potrebné zlepšiť účinník dodávok elektrickej energie.

Predtým musíme pochopiť, čo je to účinník a aký je jeho význam. Musíme tiež vedieť, za akých okolností sú LED diódy z hľadiska účinníka výkonnejšie, pretože LED svietidlá nemajú vždy vysoký účinník.

Čo je to účinník?

Účinník je pomer činného výkonu (t. j. súčinu napätia a prúdu) k zdanlivému výkonu v obvode striedavého prúdu. Je to dôležitý parameter na meranie účinnosti elektrických zariadení a kvality energetickej sústavy. Činný výkon je výkon v systéme, ktorý sa skutočne využíva na prácu, zatiaľ čo zdanlivý výkon je celkový výkon systému vrátane činného výkonu a jalového výkonu (výkon spôsobený fázovým rozdielom medzi prúdom a napätím, ktorý zvyčajne nevykonáva užitočnú prácu).

Pomocou vzorca pre účinník (účinník = činný výkon / zdanlivý výkon) vieme, že hodnota účinníka sa pohybuje medzi 0 a 1, čo zahŕňa aj účinník osvetlenia LED.

Pri čisto odporovej záťaži je účinník rovný 1, čo znamená, že napätie a prúd sú vo fáze. To znamená, že všetok prúd sa využíva na užitočnú prácu a nedochádza k plytvaniu. Pri induktívnych záťažiach (napr. motory, transformátory atď.) a kapacitných záťažiach (napr. kondenzátory atď.) však prúd zaostáva za napätím alebo ho prevyšuje, čo má za následok, že časť výkonu nie je efektívne využitá a účinník bude nižší ako 1. Nízky účinník znamená, že v obvode je veľké množstvo jalového výkonu, čo zvýši straty napájania vo vedení a zníži využitie zariadenia.

Zlepšenie účinníka preto pomáha znížiť spotrebu energie v sieti a zlepšiť účinnosť zariadení a kvalitu dodávky energie. V praxi možno účinník zlepšiť kompenzáciou jalového výkonu, optimalizáciou režimu prevádzky zariadenia a ďalšími opatreniami.

Účinník LED osvetlenia - činný a jalový výkon

Prečo sa zaujímame o účinník?

Účinník má v energetických systémoch zásadný význam. Podľa nášho názoru sa jeho význam prejavuje najmä v nasledujúcich aspektoch:

1. Zvýšené využitie energie:

Pri nekorigovanom účinníku (t. j. pri príliš nízkom účinníku) dochádza v elektrizačnej sústave k veľkým stratám jalového výkonu. Tento neužitočný výkon sa pri toku v obvode priamo nemení na užitočnú mechanickú alebo tepelnú energiu, ale vytvára dodatočný prúd v elektrickom zariadení. Tento dodatočný prúd zohrieva odpory vo vnútri zariadenia, čím sa zvyšuje spotreba energie zariadenia. Naopak, zlepšenie účinníka znižuje straty jalového výkonu, a tým zvyšuje využitie energie.

2. Zníženie zaťaženia siete:

Zlepšenie účinníka osvetlenia LED znižuje jalový výkon v sieti, čím sa znižuje zaťaženie siete. To je nevyhnutné pre stabilnú prevádzku energetickej sústavy a pomáha predchádzať problémom, ako sú preťaženie a poruchy v sieti. Naopak, nízky účinník môže viesť k nadmernému prúdu v sieti, čo následne ovplyvňuje stabilitu energetickej sústavy.

3. Ovplyvňuje výkon zariadenia:

Vysoký účinník predlžuje životnosť elektrických zariadení a znižuje plytvanie energiou. Ak je účinník príliš nízky, v obvode vzniká veľké množstvo zbytočnej práce, čo vedie k silnému zahrievaniu elektrických zariadení. Sieťové zariadenia aj zariadenia využívajúce elektrickú energiu nemajú radi prostredie s vysokou teplotou. Nadmerná teplota urýchľuje starnutie komponentov, čo vedie k zhoršeniu výkonu alebo dokonca k poškodeniu. Inými slovami, nízky účinník nielen plytvá energiou, ale spôsobuje aj poškodenie zariadení.

Nízky účinník v dôsledku rôznych zaťažení

Nízky účinník je spôsobený najmä použitím indukčných a kapacitných súčiastok. Zariadenia možno rozdeliť na indukčné a kapacitné záťaže v závislosti od počtu indukčných a kapacitných prvkov. Zariadenia s väčším počtom indukčných prvkov sú indukčné záťaže, zatiaľ čo zariadenia s väčším počtom kapacitných prvkov sú kapacitné záťaže.

Čisto odporové zaťaženie

Okrem indukčných a kapacitných záťaží existuje množstvo zariadení, spotrebičov a svietidiel, ktoré sú čisto odporové (t. j. čisto ohmické záťaže). Vzťahuje sa na záťaže, pri ktorých obvod obsahuje len odporové súčiastky. Keď je obvod pod napätím, produkuje len teplo a svetelnú energiu a nemení elektrickú energiu na iné formy energie. V čisto odporovej záťaži sa prúd a napätie menia synchrónne, t. j. sú vo fáze. To znamená, že medzi prúdom a napätím nie je fázový rozdiel, a preto je účinník rovný 1.

Typickým príkladom čisto odporovej záťaže je žiarovka. Pri rozsvietení žiarovky sa elektrická energia premieňa predovšetkým na teplo a svetlo, pričom teplo vzniká v dôsledku prechodu prúdu cez odporový vodič. Keďže žiarovky sú čisto odporovou záťažou, ich účinník sa blíži k hodnote 1, čo znamená, že žiarovky dokážu efektívne využívať elektrickú energiu a premieňať ju na svetlo/teplo bez toho, aby generovali veľký jalový výkon. To samozrejme neznamená, že žiarovky majú najvyššiu svetelnú účinnosť.

indukčná záťaž

Indukčné záťaže sú záťaže, ktoré obsahujú veľký počet indukčných zložiek v obvode a sú jednou z hlavných príčin nízkeho účinníka v zariadeniach. Medzi indukčné záťaže patria motory, transformátory a induktory atď., ktoré počas prevádzky vytvárajú magnetické pole, ktoré spôsobuje zaostávanie prúdu za napätím. Toto oneskorenie spôsobuje fázový rozdiel medzi prúdom a napätím, ktorý znižuje účinník. Typickým príkladom indukčnej záťaže sú HID lampy, ktorých elektromagnetické predradníky sú vo svojej podstate indukčné, čo vedie k účinníku, ktorý je zvyčajne okolo 0,7 alebo dokonca pod 0,5. Do tejto kategórie patria aj LED lampy, hoci LED osvetlenie môže mať účinník 0,97.

Indukčné a kapacitné zaťaženie

kapacitné zaťaženie

Kapacitné záťaže sú záťaže s veľkým počtom kapacitných prvkov v obvode. Na rozdiel od induktívnych záťaží kapacitné záťaže (napríklad kondenzátory) spôsobujú, že prúd prevyšuje napätie, čím sa zlepšuje účinník. Ak je však kapacitná reaktancia príliš veľká, takže je väčšia ako induktívna reaktancia, potom prúd prekročí napätie o veľký fázový uhol, čo opäť vedie k poklesu účinníka. Často sa do zariadení, ako sú regulátory LED, pridávajú kondenzátory na kompenzáciu jalového výkonu a zlepšenie účinníka LED osvetlenia.

Základy účinníka

V predchádzajúcich dvoch častiach sme sa dozvedeli, že prítomnosť indukčných a kapacitných súčiastok v zariadení môže viesť k zníženiu účinníka zariadenia, aké sú teda konkrétne dôvody? Nižšie vysvetlíme základné pojmy všeobecnejším spôsobom.

Keď sú v zariadení prítomné indukčné záťaže (t. j. komponenty, ktoré vytvárajú magnetické polia, ako sú motory, transformátory a induktory), prúd prechádzajúci týmito zariadeniami vytvára magnetické pole, ktoré uchováva energiu. Ak si magnetické pole predstavíme ako vedro a prúd ako vodu, keď zapneme kohútik, voda začne prúdiť do vedra, ale vedro sa nenaplní okamžite.

Je to preto, že chvíľu trvá, kým voda pretečie a naplní vedro. Podobne, keď prúd preteká indukčnou záťažou, vytvára sa v nej magnetické pole, ale trvá určitý čas, kým sa toto pole vytvorí. Tento prúd v dôsledku vytvorenia magnetického poľa sa nazýva “indukčný jalový prúd”.

Tento prúd sa v skutočnosti nemení na užitočnú energiu pre záťaž, ale ukladá sa v magnetickom poli. Medzi týmto prúdom a napätím je fázový rozdiel, t. j. napätie sa začalo meniť, ale prúd ešte nedosiahol veľkosť zmeny napätia.

Pri indukčných záťažiach môžu tieto komponenty (napr. elektromotory) viesť k zvýšeniu spotreby energie v sieti, aj keď samotný motor nespotrebuje toľko energie. Je to preto, že indukčné záťaže spotrebúvajú okrem činného výkonu aj jalový výkon. Jalový výkon sa nepoužíva priamo na vykonávanie práce, ale na udržiavanie magnetického poľa vo vnútri zariadenia.

V dôsledku prítomnosti indukčných záťaží v systéme cirkuluje prúd, čo spôsobuje zvýšenie celkovej energie (zdanlivého výkonu) v systéme. Keďže indukčné záťaže spotrebúvajú jalový výkon, sieť musí dodávať viac prúdu, aby uspokojila potreby zariadení. To vedie k zvýšeniu spotreby energie v sieti, aj keď samotný motor nespotrebúva toľko energie.

Preto je potrebné pri navrhovaní a prevádzke indukčných záťaží zohľadniť vplyv jalového výkonu, aby sa zvýšila účinnosť zariadení a znížila spotreba energie v sieti.

Faktory ovplyvňujúce účinník v LED osvetlení

V predchádzajúcich dvoch častiach sme opísali, čo je účinník, prečo je dôležitý a ako rozdiely v účinníku ovplyvňujú sieť. V tejto časti vysvetlíme, aké faktory ovplyvňujú účinník LED svietidiel.

Používanie menej kvalitných napájacích zdrojov

Napájací zdroj LED ako hlavný komponent svietidla má významný vplyv na účinník LED svietidla. Je to spôsobené tým, že v napájacom zdroji je viac indukčných súčiastok ako v ktorejkoľvek inej časti svietidla. Riadiace jednotky LED od rôznych výrobcov napájacích zdrojov sa však výrazne líšia vo výkone účinníka.

Napríklad účinník napájacích zdrojov série Infinity EUM môže dosiahnuť hodnotu 0,97 alebo dokonca vyššiu, zatiaľ čo účinník napájacích zdrojov série MOSO MXG môže dosiahnuť iba 0,95. Rôzne série LED regulátorov od toho istého výrobcu sa tiež výrazne líšia, pokiaľ ide o ich účinník. Napríklad napájací zdroj D4i od spoločnosti Igor EBS-080S105BT2 môže dosiahnuť PF 0,98.

Zle nakonfigurovaný zdroj napájania

Účinník toho istého zdroja napájania sa pri rôznych konfiguráciách svietidiel výrazne líši. V tomto prípade konfigurácia svietidla závisí najmä od stupňa zladenia medzi záťažou svietidla a regulátorom LED. Z nasledujúcej tabuľky vidíme, že čím menšia je záťaž svietidla, tým horšia je hodnota PF. Ak vezmeme ako príklad svietidlo EUM-075S105DG, pri záťaži 72 W (celkový výkon svietidla je 80 W) môže PF dosiahnuť hodnotu 0,97. Ak sa zaťaženie svietidla zníži na 60 W, hodnota PF sa zníži na 0,96, a ak sa naďalej znižuje na 50 W, hodnota PF sa zníži na 0,95 alebo ešte nižšie. V tomto momente je správne použiť napájací zdroj EUM-050 na ovládanie príslušného LED modulu, aby sa dosiahla lepšia hodnota PF.

Účinník LED regulátora

Používanie funkcie stmievania

Funkcia stmievania v LED svietidlách je široko využívaná. Hoci stmievanie môže šetriť energiu, musíme venovať pozornosť aj jeho vplyvu na účinník (PF). Pri osvetlení vozoviek pouličné LED svietidlá znížia výkon, aby sa minimalizovalo presvetlenie, keď sa po polnoci zníži premávka. Ďalším príkladom je osvetlenie skladov, kde priemyselné svietidlá LED upravujú svoj výkon na základe obsadenosti priestoru (obsadený alebo neobsadený), aby sa znížilo zbytočné osvetlenie.

Keď je potreba osvetlenia nízka, svietidlá LED zvyčajne znížia výkon zmenou výstupu regulátora LED, aby sa ušetrila energia, t. j. zníži sa výstupný výkon regulátora LED. Z druhého bodu môžeme pochopiť, že v tomto prípade sa môže znížiť účinník LED svietidiel. Odporúča sa, aby v tomto prípade zníženie výkonu neprekročilo 50%. Ak je zníženie výkonu väčšie ako 50%, vyžaduje sa rovnováha medzi úsporou energie a hodnotou účinníka.

Zhrňte

Účinník je dôležitý parameter na obmedzenie jalového výkonu v elektrických zariadeniach, je to ukazovateľ porovnania reálneho, zdanlivého a jalového výkonu v zariadení. LED regulátory dosahujú lepšie výsledky z hľadiska účinníka vďaka použitiu vnútorného korektora účinníka (PFC).

Rôzni dodávatelia riadiacich jednotiek LED majú v tejto oblasti rôzne možnosti a výrobcom svietidiel LED sa odporúča, aby ich preskúmali. Zároveň by sme sa mali snažiť vyhnúť sa nízkemu účinníku v dôsledku nerozumnej konfigurácie svietidiel (príliš nízke zaťaženie).

Okrem toho sa hodnoty účinníka LED svietidiel pri plnom zaťažení a stmievaní výrazne líšia. Domnievame sa však, že nižší účinník LED osvetlenia nie je problémom počas stmievania vzhľadom na spotrebovaný vstupný prúd.