Nedir bu? Güç Faktörü? LED Aydınlatma Güç Faktörü Temel Bilgiler

ITANITICI

Güç faktörü, faydalı gücün (yani voltaj ve akımın çarpımı) görünür güce oranıdır ve değeri 0 ile 1 arasında değişir. Tipik olarak, LED aydınlatmanın güç faktörü 0,95'e, hatta 0,97 ila 0,99'a ulaşabilir, bu nedenle endüstride diğer parametreler (örneğin, ışık etkinliği, watt, lensler vb.) kadar ilgi görmez.

Bununla birlikte, piyasada hala bazı geleneksel lambaların yanı sıra düşük güç faktörüne sahip bazı LED lambalar da bulunmaktadır. Bu armatürler şebekeye daha fazla akım yükü bindirmekte, hattın aşırı ısınmasını ve gerilim düşümü sorunlarını azaltmak için daha kalın bakır tellerin kullanılmasını gerektirmekte, bu da daha yüksek belediye inşaat maliyetlerine yol açmaktadır. Bazı ülke ve bölgelerin reaktif güç için ekstra ücret talep etmesine rağmen, güç kaynaklarının güç faktörünü iyileştirmenin gerekli olduğuna inanıyoruz.

Bundan önce, güç faktörünün ne olduğunu ve önemini anlamamız gerekir. Ayrıca LED armatürler her zaman yüksek bir güç faktörüne sahip olmadığından, LED'lerin hangi koşullar altında güç faktörü açısından daha iyi performans gösterdiğini de bilmemiz gerekir.

Güç faktörü nedir?

Güç faktörü, bir AC devresindeki aktif gücün (yani voltaj ve akımın çarpımı) görünür güce oranıdır. Elektrikli ekipmanın verimliliğini ve güç sisteminin kalitesini ölçmek için önemli bir parametredir. Aktif güç, sistemde gerçekten iş yapmak için kullanılan güçtür, görünür güç ise aktif güç ve reaktif güç (genellikle yararlı bir iş yapmayan akım ve voltaj arasındaki faz farkından kaynaklanan güç) dahil olmak üzere sistemin toplam gücüdür.

Güç faktörü formülü ile (güç faktörü = aktif güç / görünür güç), güç faktörünün değerinin 0 ile 1 arasında olduğunu biliyoruz, bu LED aydınlatmanın güç faktörünü de içerir.

Tamamen dirençli bir yük için güç faktörü 1'e eşittir, bu da gerilim ve akımın aynı fazda olduğu anlamına gelir. Bu da tüm akımın faydalı işler yapmak için kullanıldığı ve israf olmadığı anlamına gelir. Ancak endüktif yükler (örn. motorlar, transformatörler, vb.) ve kapasitif yükler (örn. kapasitörler, vb.) için akım gerilimin gerisinde kalır veya gerilimi aşar, bu da gücün bir kısmının etkin bir şekilde kullanılmamasına neden olur ve güç faktörü 1'den düşük olur. Düşük güç faktörü, devrede büyük miktarda reaktif güç olduğu anlamına gelir, bu da hattaki güç kaynağı kayıplarını artıracak ve ekipmanın kullanımını azaltacaktır.

Bu nedenle, güç faktörünün iyileştirilmesi, şebekenin güç tüketimini azaltmaya ve ekipmanın verimliliğini ve güç kaynağının kalitesini artırmaya yardımcı olur. Uygulamada, güç faktörü reaktif güç kompanzasyonu, ekipman çalışma modunun optimizasyonu ve diğer önlemler yoluyla iyileştirilebilir.

LED aydınlatma güç faktörü - aktif ve reaktif güç

Güç faktörü konusunda neden endişe duyuyoruz?

Güç faktörü, güç sistemlerinde hayati bir öneme sahiptir. Bizim görüşümüze göre, önemi esas olarak aşağıdaki hususlarda yansıtılmaktadır:

1. Artan enerji kullanımı:

Düzeltilmemiş bir güç faktörü (yani çok düşük bir güç faktörü) ile, güç sisteminde büyük miktarda reaktif güç kaybı olur. Bu işe yaramaz güç, devrede akarken doğrudan yararlı mekanik veya termal enerjiye dönüştürülmez, ancak elektrikli ekipmanda ekstra akım üretir. Bu ekstra akım ekipmanın içindeki dirençleri ısıtır ve böylece ekipmanın enerji tüketimini artırır. Tersine, güç faktörünün iyileştirilmesi reaktif güç kayıplarını azaltır ve böylece enerji kullanımını artırır.

2. Şebeke üzerindeki yükü azaltın:

LED aydınlatmanın güç faktörünün iyileştirilmesi şebekedeki reaktif gücü azaltarak şebeke üzerindeki yükü azaltır. Bu, güç sisteminin istikrarlı çalışması için gereklidir ve şebekede aşırı yüklenme ve arızalar gibi sorunların önlenmesine yardımcı olur. Aksine, düşük bir güç faktörü şebekede aşırı akıma yol açabilir ve bu da güç sisteminin kararlılığını etkiler.

3. Ekipman performansını etkiler:

Yüksek bir güç faktörü elektrikli ekipmanın ömrünü uzatır ve enerji israfını azaltır. Güç faktörü çok düşük olduğunda, devrede büyük miktarda gereksiz iş üretilir ve bu da elektrikli ekipmanın ciddi şekilde ısınmasına neden olur. Hem şebeke ekipmanı hem de güç kullanan ekipman yüksek sıcaklıklı ortamları sevmez. Aşırı sıcaklık, bileşenlerin yaşlanmasını hızlandırarak performansın düşmesine ve hatta hasar görmesine neden olur. Başka bir deyişle, düşük güç faktörü sadece enerji israfına değil, aynı zamanda ekipmanın hasar görmesine de neden olur.

Farklı yükler nedeniyle düşük güç faktörü

Düşük güç faktörü temel olarak endüktif ve kapasitif bileşenlerin kullanımından kaynaklanmaktadır. Ekipman, endüktif ve kapasitif elemanların sayısına bağlı olarak endüktif ve kapasitif yükler olarak kategorize edilebilir. Daha fazla endüktif bileşene sahip ekipmanlar endüktif yüklerdir, daha fazla kapasitif bileşene sahip ekipmanlar ise kapasitif yüklerdir.

Tamamen dirençli yükler

Endüktif ve kapasitif yüklere ek olarak, tamamen rezistif (yani saf omik yükler) olan bir dizi cihaz, alet ve lamba vardır. Devrenin yalnızca dirençli bileşenler içerdiği yükleri ifade eder. Enerji verildiğinde devre yalnızca ısı ve ışık enerjisi üretir ve elektrik enerjisini diğer enerji biçimlerine dönüştürmez. Tamamen dirençli bir yükte, akım ve gerilim eşzamanlı olarak değişir, yani fazdadırlar. Bu, akım ve gerilim arasında faz farkı olmadığı ve dolayısıyla güç faktörünün 1'e eşit olduğu anlamına gelir.

Tamamen dirençli bir yükün tipik bir örneği akkor lambadır. Bir akkor lamba yandığında, elektrik enerjisi öncelikle ısı ve ışığa dönüştürülür, burada akımın bir direnç telinden geçmesi nedeniyle ısı üretilir. Akkor lambalar tamamen dirençli yükler olduğundan, güç faktörleri 1'e yakındır, bu da akkor lambaların elektrik enerjisini verimli bir şekilde kullanabildiği ve çok fazla reaktif güç üretmeden ışığa/ısıya dönüştürebildiği anlamına gelir. Elbette bu, akkor lambaların en yüksek ışık verimliliğine sahip olduğu anlamına gelmez.

endüktif yük

Endüktif yükler, devrede çok sayıda endüktif bileşen içeren yüklerdir ve ekipmandaki düşük güç faktörünün ana nedenlerinden biridir. Endüktif yükler, çalışma sırasında akımın gerilimin gerisinde kalmasına neden olan bir manyetik alan oluşturan motorları, transformatörleri ve endüktörleri vb. içerir. Bu gecikme, akım ve gerilim arasında güç faktörünü azaltan bir faz farkına neden olur. Endüktif yükün tipik bir örneği, elektromanyetik balastları doğal olarak endüktif olan ve genellikle 0,7 civarında veya hatta 0,5'in altında bir güç faktörü ile sonuçlanan HID lambalarıdır. LED lambalar da bu kategoriye girer, ancak LED aydınlatma 0,97 güç faktörüne sahip olabilir.

Endüktif ve kapasitif yükler

kapasitif yük

Kapasitif yükler, devrede çok sayıda kapasitif eleman bulunan yüklerdir. Endüktif yüklerin aksine, kapasitif yükler (kondansatörler gibi) akımın gerilimi aşmasına neden olarak güç faktörünü iyileştirir. Bununla birlikte, kapasitif reaktans çok büyükse, yani endüktif reaktansdan daha büyükse, akım voltajı büyük bir faz açısıyla aşar ve bu da yine güç faktöründe bir düşüşe neden olur. Genellikle, reaktif gücü telafi etmek ve LED aydınlatmanın güç faktörünü iyileştirmek için LED kontrolörleri gibi cihazlara kapasitörler eklenir.

Güç Faktörünün Temelleri

Önceki iki bölümde, ekipmandaki endüktif ve kapasitif bileşenlerin varlığının ekipmanın güç faktöründe bir azalmaya yol açabileceğini öğrendik, peki bunun özel nedenleri nelerdir? Aşağıda temel kavramları daha genel bir şekilde açıklıyoruz.

Bir cihazda endüktif yükler (yani motorlar, transformatörler ve indüktörler gibi manyetik alan üreten bileşenler) bulunduğunda, bu cihazlardan geçen akım enerji depolamak için bir manyetik alan oluşturur. Manyetik alanı bir kova ve akımı da su olarak hayal edersek, musluğu açtığımızda su kovaya akmaya başlar, ancak kova hemen dolmaz.

Bunun nedeni suyun akması ve bir kovayı doldurmasının zaman almasıdır. Benzer şekilde, bir akım endüktif bir yükten geçtiğinde, yükün içinde bir manyetik alan oluşturur, ancak bu alanın oluşması zaman alır. Manyetik alanın oluşmasından kaynaklanan bu akıma “endüktif reaktif akım” denir.

Bu akım aslında yük için faydalı enerjiye dönüştürülmez, ancak manyetik alanda depolanır. Bu akım ve voltaj arasında bir faz farkı vardır, yani voltaj değişmeye başlamıştır, ancak akım henüz voltaj değişiminin büyüklüğüne ulaşmamıştır.

Endüktif yüklerde bu bileşenler (örneğin elektrik motorları), motorun kendisi çok fazla enerji tüketmese bile şebekedeki enerji tüketiminde artışa neden olabilir. Bunun nedeni endüktif yüklerin aktif güce ek olarak reaktif güç tüketmesidir. Reaktif güç doğrudan iş yapmak için değil, cihazın içindeki manyetik alanı korumak için kullanılır.

Endüktif yüklerin varlığı nedeniyle, sistemde akım dolaşır ve sistemdeki toplam enerjinin (görünür güç) artmasına neden olur. Endüktif yükler reaktif güç tükettiğinden, şebekenin ekipmanın ihtiyaçlarını karşılamak için daha fazla akım sağlaması gerekir. Bu da motorun kendisi çok fazla enerji tüketmese bile şebekenin enerji tüketiminde artışa yol açar.

Bu nedenle, ekipman verimliliğini artırmak ve şebeke enerji tüketimini azaltmak için endüktif yükler tasarlanırken ve çalıştırılırken reaktif gücün etkisinin dikkate alınması gerekir.

LED aydınlatmada güç faktörünü etkileyen faktörler

Önceki iki bölümde güç faktörünün ne olduğunu, neden önemli olduğunu ve güç faktörü farklılıklarının şebekeyi nasıl etkilediğini açıkladık. Bu bölümde, LED armatürlerin güç faktörünü hangi faktörlerin etkilediğini açıklıyoruz.

Düşük kaliteli güç kaynaklarının kullanımı

Armatürün ana bileşenlerinden biri olan LED güç kaynağı, LED lambanın güç faktörü üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bunun nedeni, güç kaynağında armatürün diğer parçalarından daha fazla endüktif bileşen bulunmasıdır. Bununla birlikte, farklı güç kaynağı üreticilerinin LED kontrolörleri güç faktörü performansları açısından büyük farklılıklar gösterir.

Örneğin, Infinity EUM serisi güç kaynaklarının güç faktörü 0,97'ye veya daha yükseğe ulaşabilirken, MOSO MXG serisi güç kaynaklarının güç faktörü yalnızca 0,95'e ulaşabilir. Aynı üreticinin farklı LED kontrolör serileri de güç faktörü performansları açısından büyük farklılıklar gösterir. Örneğin, Igor EBS-080S105BT2'nin D4i güç kaynağı 0,98 PF değerine ulaşabilir.

Kötü yapılandırılmış güç kaynağı

Aynı güç kaynağının güç faktörü, farklı armatür konfigürasyonlarında büyük ölçüde değişir. Burada armatür konfigürasyonu esas olarak armatür yükü ile LED kontrol ünitesi arasındaki eşleşme derecesine bağlıdır. Aşağıdaki tablodan, armatür yükü ne kadar küçükse PF değerinin o kadar kötü olduğunu görebiliriz. Örnek olarak EUM-075S105DG alındığında, armatür yükü 72W olduğunda (toplam armatür gücü 80W), PF 0,97'ye ulaşabilir. Armatür yükü 60W'a düşürülürse, PF 0,96'ya düşecek ve 50W'a düşürülmeye devam edilirse, PF 0,95'e veya daha da altına düşecektir. Bu noktada yapılacak en doğru şey, daha iyi bir PF değeri elde etmek için ilgili LED modülünü kontrol etmek üzere EUM-050 güç kaynağını kullanmaktır.

LED kontrolörün güç faktörü

Karartma fonksiyonunun kullanımı

LED armatürlerde karartma işlevi yaygın olarak kullanılmaktadır. Karartma enerji tasarrufu sağlayabilse de, güç faktörü (PF) üzerindeki etkisine de dikkat etmemiz gerekir. Karayolu aydınlatmasında, LED sokak lambaları gece yarısından sonra trafik azaldığında aşırı aydınlatmayı en aza indirmek için gücü azaltacaktır. Bir başka örnek de, LED endüstriyel ışıkların gereksiz aydınlatmayı azaltmak için çıkışlarını alan doluluğuna (dolu veya boş) göre ayarladığı depo aydınlatmasıdır.

Genellikle, aydınlatma talebi düşük olduğunda, LED armatürler enerji tasarrufu sağlamak için LED kontrolörünün çıkışını değiştirerek, yani LED kontrolörünün çıkış gücünü azaltarak gücü düşürecektir. İkinci noktadan, bu durumda LED lambaların güç faktörünün azalabileceğini anlayabiliriz. Bu durumda güç azaltımının 50%'yi aşmaması önerilir. Güç azaltımı 50%'den fazlaysa, enerji tasarrufu ile güç faktörü değeri arasında bir denge kurulması gerekir.

Özetleyin

Güç faktörü, elektrikli ekipmanlardaki reaktif gücü sınırlamak için önemli bir parametredir, ekipmandaki gerçek, görünür ve reaktif güç arasındaki karşılaştırmanın bir göstergesidir. LED kontrolörler, dahili bir güç faktörü düzelticisi (PFC) kullanılması nedeniyle güç faktörü açısından daha iyi performans gösterir.

Farklı LED kontrolör tedarikçileri bu alanda farklı yeteneklere sahiptir ve LED armatür üreticilerinin bunları araştırmaları tavsiye edilir. Aynı zamanda, makul olmayan armatür konfigürasyonu (çok düşük yük) nedeniyle düşük güç faktöründen kaçınmaya çalışmalıyız.

Buna ek olarak, LED armatürlerin tam yük ve karartma sistemleri altındaki güç faktörü değerleri önemli ölçüde değişmektedir. Bununla birlikte, tüketilen giriş akımına göre karartma sırasında daha düşük bir LED aydınlatma güç faktörünün bir sorun olmadığına inanıyoruz.