Що таке Коефіцієнт потужності? Ключова інформація про коефіцієнт потужності світлодіодного освітлення

Iввідний

Коефіцієнт потужності - це відношення корисної потужності (тобто добутку напруги і струму) до видимої потужності, і його значення коливається від 0 до 1. Зазвичай коефіцієнт потужності світлодіодного освітлення може досягати 0,95, або навіть 0,97-0,99, тому йому не приділяється стільки уваги в індустрії, як іншим параметрам (наприклад, світловіддача, потужність, лінзи тощо).

Однак на ринку все ще є традиційні лампи, а також деякі світлодіодні лампи з низьким коефіцієнтом потужності. Ці лампи створюють більше струмове навантаження на мережу, що вимагає використання більш товстих мідних дротів для зменшення перегріву лінії та проблем з падінням напруги, що призводить до збільшення витрат на муніципальне будівництво. Незважаючи на те, що деякі країни та регіони стягують додаткову плату за реактивну потужність, ми вважаємо, що необхідно покращувати коефіцієнт потужності джерел живлення.

Перед цим нам потрібно зрозуміти, що таке світловий коефіцієнт і яке його значення. Нам також потрібно знати, за яких обставин світлодіоди мають кращі показники з точки зору коефіцієнта потужності, оскільки світлодіодні світильники не завжди мають високий коефіцієнт потужності.

Що таке коефіцієнт потужності?

Коефіцієнт потужності - це відношення активної потужності (тобто добутку напруги і струму) до повної потужності в ланцюзі змінного струму. Це важливий параметр для вимірювання ефективності електричного обладнання та якості енергосистеми. Активна потужність - це потужність в системі, яка фактично використовується для виконання роботи, в той час як повна потужність - це загальна потужність системи, включаючи активну потужність і реактивну потужність (потужність, викликана різницею фаз між струмом і напругою, яка зазвичай не виконує корисної роботи).

З формули коефіцієнта потужності (коефіцієнт потужності = активна потужність / видима потужність) ми знаємо, що значення коефіцієнта потужності знаходиться в діапазоні від 0 до 1, що також включає в себе коефіцієнт потужності світлодіодного освітлення.

Для чисто резистивного навантаження коефіцієнт потужності дорівнює 1, що означає, що напруга і струм синфазні. Це означає, що весь струм використовується для виконання корисної роботи і немає ніяких втрат. Однак для індуктивних навантажень (наприклад, двигунів, трансформаторів тощо) та ємнісних навантажень (наприклад, конденсаторів тощо) струм відстає або перевищує напругу, що призводить до того, що частина потужності не використовується ефективно, і коефіцієнт потужності буде нижчим за 1. Низький коефіцієнт потужності означає, що в ланцюзі є велика кількість реактивної потужності, яка збільшує втрати електроенергії в лінії та зменшує коефіцієнт використання обладнання.

Таким чином, покращення коефіцієнта потужності сприяє зменшенню енергоспоживання мережі, підвищенню ефективності роботи обладнання та якості електропостачання. На практиці покращити коефіцієнт потужності можна за рахунок компенсації реактивної потужності, оптимізації режиму роботи обладнання та інших заходів.

Коефіцієнт потужності світлодіодного освітлення - активна та реактивна потужність

Чому нас турбує коефіцієнт потужності?

Коефіцієнт потужності має життєво важливе значення в енергосистемах. На нашу думку, його важливість в основному відображається в наступних аспектах:

1. Збільшення використання енергії:

При нескоригованому коефіцієнті потужності (тобто занадто низькому коефіцієнті потужності) в енергосистемі відбувається велика кількість втрат реактивної потужності. Ця марна потужність безпосередньо не перетворюється на корисну механічну або теплову енергію, коли вона протікає в ланцюзі, але вона генерує додатковий струм в електричному обладнанні. Цей додатковий струм нагріває резистори всередині обладнання, таким чином збільшуючи енергоспоживання обладнання. І навпаки, покращення коефіцієнта потужності зменшує втрати реактивної потужності і, таким чином, підвищує коефіцієнт використання енергії.

2. Зменшити навантаження на електромережу:

Покращення коефіцієнта потужності світлодіодного освітлення знижує реактивну потужність в мережі, тим самим зменшуючи навантаження на мережу. Це важливо для стабільної роботи енергосистеми і допомагає уникнути таких проблем, як перевантаження і несправності в мережі. І навпаки, низький коефіцієнт потужності може призвести до надмірного струму в мережі, що, в свою чергу, впливає на стабільність енергосистеми.

3. Впливає на продуктивність обладнання:

Високий коефіцієнт потужності подовжує термін служби електрообладнання та зменшує втрати енергії. Коли коефіцієнт потужності занадто низький, в ланцюзі генерується велика кількість марної роботи, що призводить до сильного нагрівання електрообладнання. Як мережеве обладнання, так і енергоспоживаюче обладнання не люблять високотемпературних середовищ. Надмірна температура прискорює старіння компонентів, що призводить до зниження продуктивності або навіть пошкодження. Іншими словами, низький коефіцієнт потужності не тільки марно витрачає енергію, але й завдає шкоди обладнанню.

Низький коефіцієнт потужності через різні навантаження

Низький коефіцієнт потужності в основному обумовлений використанням індуктивних і ємнісних компонентів. Залежно від кількості індуктивних і ємнісних елементів обладнання можна розділити на індуктивні та ємнісні навантаження. Обладнання з більшою кількістю індуктивних компонентів є індуктивним навантаженням, тоді як обладнання з більшою кількістю ємнісних компонентів є ємнісним навантаженням.

Чисто резистивні навантаження

Окрім індуктивних та ємнісних навантажень, існує низка пристроїв, приладів та ламп, які є суто резистивними (тобто, чисто омічними навантаженнями). Це стосується навантажень, де ланцюг містить лише резистивні компоненти. При подачі напруги ланцюг виробляє тільки теплову і світлову енергію і не перетворює електричну енергію в інші форми енергії. У чисто резистивному навантаженні струм і напруга змінюються синхронно, тобто у фазі. Це означає, що між струмом і напругою немає різниці фаз, а отже, коефіцієнт потужності дорівнює 1.

Типовим прикладом суто резистивного навантаження є лампа розжарювання. Коли лампа розжарювання горить, електрична енергія перетворюється в основному в тепло і світло, де тепло генерується завдяки проходженню струму через резистивний провід. Оскільки лампи розжарювання є суто резистивним навантаженням, їхній коефіцієнт потужності близький до 1, а це означає, що лампи розжарювання здатні ефективно використовувати електричну енергію і перетворювати її на світло/тепло без генерування великої реактивної потужності. Звичайно, це не означає, що лампи розжарювання мають найвищу світлову ефективність.

індуктивне навантаження

Індуктивні навантаження - це навантаження, які містять велику кількість індуктивних компонентів в ланцюзі і є однією з основних причин низького коефіцієнта потужності обладнання. До індуктивних навантажень відносяться двигуни, трансформатори, котушки індуктивності тощо, які під час роботи генерують магнітне поле, що призводить до відставання струму від напруги. Це відставання викликає різницю фаз між струмом і напругою, що знижує коефіцієнт потужності. Типовим прикладом індуктивного навантаження є HID-лампи, електромагнітні пускорегулювальні апарати яких є індуктивними, що призводить до коефіцієнта потужності, який зазвичай становить близько 0,7 або навіть нижче 0,5. Світлодіодні лампи також підпадають під цю категорію, хоча світлодіодне освітлення може мати коефіцієнт потужності 0,97.

Індуктивні та ємнісні навантаження

ємнісне навантаження

Ємнісні навантаження - це навантаження з великою кількістю ємнісних елементів у ланцюзі. На відміну від індуктивних навантажень, ємнісні навантаження (наприклад, конденсатори) спричиняють перевищення струму над напругою, покращуючи таким чином коефіцієнт потужності. Однак, якщо ємнісний опір занадто великий, тобто перевищує індуктивний, то струм буде випереджати напругу на великий кут зсуву фаз, що знову ж таки призводить до падіння коефіцієнта потужності. Часто конденсатори додають до таких пристроїв, як світлодіодні контролери, щоб компенсувати реактивну потужність і поліпшити коефіцієнт потужності світлодіодного освітлення.

Основи фактору потужності

У попередніх двох розділах ми дізналися, що наявність індуктивних і ємнісних компонентів в обладнанні може призвести до зниження коефіцієнта потужності обладнання, то які ж конкретні причини? Нижче ми пояснимо основні поняття в більш узагальненому вигляді.

Коли в пристрої присутні індуктивні навантаження (тобто компоненти, які генерують магнітні поля, такі як двигуни, трансформатори та котушки індуктивності), струм, що проходить через ці пристрої, створює магнітне поле для зберігання енергії. Якщо уявити магнітне поле як відро, а струм - як воду, то коли ми вмикаємо кран, вода починає текти у відро, але відро наповнюється не одразу.

Це тому, що воді потрібен час, щоб потекти і наповнити відро. Аналогічно, коли струм протікає через індуктивне навантаження, він створює магнітне поле всередині навантаження, але для створення цього поля потрібен час. Цей струм, зумовлений створенням магнітного поля, називається “індуктивним реактивним струмом”.

Цей струм фактично не перетворюється на корисну для навантаження енергію, а зберігається в магнітному полі. Між цим струмом і напругою існує різниця фаз, тобто напруга почала змінюватися, але струм ще не досягнув величини зміни напруги.

В індуктивних навантаженнях ці компоненти (наприклад, електродвигуни) можуть призвести до збільшення споживання енергії в мережі, навіть якщо сам двигун не споживає так багато енергії. Це відбувається тому, що індуктивні навантаження споживають реактивну потужність на додаток до активної. Реактивна потужність не використовується безпосередньо для виконання роботи, а для підтримки магнітного поля всередині пристрою.

Через наявність індуктивних навантажень в системі циркулює струм, що призводить до збільшення загальної енергії (видимої потужності) в системі. Оскільки індуктивні навантаження споживають реактивну потужність, мережа повинна подавати більше струму, щоб задовольнити потреби обладнання. Це призводить до збільшення енергоспоживання мережі, навіть якщо сам двигун не споживає стільки енергії.

Тому вплив реактивної потужності необхідно враховувати при проектуванні та експлуатації індуктивних навантажень, щоб підвищити ефективність обладнання та зменшити споживання енергії з мережі.

Фактори, що впливають на коефіцієнт потужності в світлодіодному освітленні

У попередніх двох розділах ми описали, що таке коефіцієнт потужності, чому він важливий і як різниця в коефіцієнті потужності впливає на мережу. У цьому розділі ми пояснимо, які фактори впливають на коефіцієнт потужності світлодіодних світильників.

Використання низькоякісних блоків живлення

Як основний компонент світильника, блок живлення світлодіодів має значний вплив на коефіцієнт потужності світлодіодної лампи. Це пов'язано з тим, що в блоці живлення більше індуктивних компонентів, ніж в будь-якій іншій частині світильника. Однак світлодіодні контролери від різних виробників блоків живлення сильно відрізняються за своїми показниками коефіцієнта потужності.

Наприклад, коефіцієнт потужності блоків живлення серії Infinity EUM може досягати 0,97 і навіть вище, в той час як коефіцієнт потужності блоків живлення серії MOSO MXG може досягати лише 0,95. Різні серії світлодіодних контролерів одного виробника також сильно відрізняються за показниками коефіцієнта потужності. Наприклад, блок живлення D4i від Igor EBS-080S105BT2 може досягати PF 0,98.

Погано налаштований блок живлення

Коефіцієнт потужності одного і того ж джерела живлення сильно варіюється в різних конфігураціях світильника. Тут конфігурація світильника в основному залежить від ступеня узгодження між навантаженням світильника і світлодіодним контролером. З таблиці нижче ми бачимо, що чим менше навантаження світильника, тим гірше значення PF. На прикладі EUM-075S105DG, коли навантаження світильника становить 72 Вт (загальна потужність світильника - 80 Вт), PF може досягати 0,97. Якщо навантаження світильника зменшити до 60 Вт, то PF знизиться до 0,96, а якщо продовжувати зменшувати до 50 Вт, то PF знизиться до 0,95 або навіть нижче. Правильним рішенням на цьому етапі буде використовувати блок живлення EUM-050 для керування відповідним світлодіодним модулем, щоб отримати краще значення PF.

Коефіцієнт потужності світлодіодного контролера

Використання функції затемнення

Функція дімування в світлодіодних світильниках широко використовується. Хоча дімування може заощадити енергію, ми також повинні звернути увагу на його вплив на коефіцієнт потужності (PF). При освітленні проїжджої частини світлодіодні вуличні ліхтарі зменшують потужність, щоб мінімізувати переосвітлення, коли трафік зменшується після півночі. Інший приклад - освітлення складів, де світлодіодні промислові світильники регулюють свою потужність залежно від зайнятості приміщення (зайнято чи ні), щоб зменшити непотрібне освітлення.

Зазвичай, коли потреба в освітленні низька, світлодіодні світильники зменшують потужність, змінюючи вихідну потужність світлодіодного контролера для економії енергії, тобто зменшуючи вихідну потужність світлодіодного контролера. З другого пункту можна зрозуміти, що в цьому випадку коефіцієнт потужності світлодіодних світильників може знизитися. Рекомендується, щоб в цьому випадку зниження потужності не перевищувало 50%. Якщо зниження потужності перевищує 50%, необхідний баланс між енергозбереженням і значенням коефіцієнта потужності.

Підсумовуємо

Коефіцієнт потужності є важливим параметром для обмеження реактивної потужності в електрообладнанні, це показник порівняння між реальною, уявною та реактивною потужністю в обладнанні. Світлодіодні контролери мають кращі показники коефіцієнта потужності завдяки використанню внутрішнього коректора коефіцієнта потужності (PFC).

Різні постачальники світлодіодних контролерів мають різні можливості в цій сфері, і виробникам світлодіодних світильників рекомендується вивчити їх. Водночас слід намагатися уникати низького коефіцієнта потужності через нерозумну конфігурацію світильника (занадто низьке навантаження).

Крім того, значення коефіцієнта потужності світлодіодних світильників при повному навантаженні і в системах дімування значно відрізняються. Однак ми вважаємо, що нижчий коефіцієнт потужності світлодіодного освітлення не є проблемою під час дімування відносно споживаного вхідного струму.