Способы улучшения коэффициента мощности светодиодных ламп

Что такое коэффициент мощности

Будь то светодиод, люминесцентная лампа или лампа накаливания, мы все должны понимать, что коэффициент мощности (PF) является одним из ее важных параметров. Давайте поговорим о том, что такое коэффициент мощности.

Коэффициент мощности представляет собой способность лампы выдавать активную мощность. Мощность является мерой скорости передачи энергии. В цепи постоянного тока это произведение напряжения V и тока а. В системе переменного тока это сложнее: то есть некоторая петля переменного тока в нагрузке не передает мощность, которая называется током реактивного сопротивления или гармоническим током, что делает полную мощность (напряжение вольт, умноженное на ток в амперах) больше, чем фактическая сила.

Разница между полной мощностью и фактической мощностью приводит к коэффициенту мощности, который равен отношению фактической мощности к полной мощности. Таким образом, фактическая мощность в системе переменного тока равна полной мощности, умноженной на коэффициент мощности. А именно: коэффициент мощности = фактическая мощность / полная мощность.

Только когда коэффициент мощности линейной нагрузки, такой как электрический нагреватель и лампочка, равен 1, разница между фактической мощностью и кажущейся мощностью многих устройств очень мала и ею можно пренебречь, в то время как коэффициент мощности емкостного оборудования, такого как лампы, очень велик и важен. . Недавно проведенное в журнале American PC Magazine исследование показывает, что типичный коэффициент мощности ламп составляет 0,65, то есть кажущаяся мощность (ВА) на 50 % превышает фактическую мощность (Ватт)!

Полная мощность

Полная мощность: произведение переменного напряжения и переменного тока. Формула s = UI. Где s — номинальная выходная мощность, ВА (вольт-ампер); u — номинальное выходное напряжение, В, например, 220 В, 380 В и т. д.; I — номинальный выходной ток, а. Полная мощность состоит из двух частей: активной мощности (P) и реактивной мощности (q). Активная мощность относится к той части, которая работает напрямую. Например, включить свет, заставить вращаться двигатель, заставить работать электронную схему и т. д.

Так как эта мощность после совершения работы становится теплотой, которую люди могут непосредственно ощущать, у некоторых людей возникает иллюзия, что активная мощность рассматривается как кажущаяся мощность, и никто не знает, что активная мощность есть только часть кажущейся мощности, выраженная в формуле: P = SCOs θ = uicos θ = UI · F. Где p – активная мощность, а единица измерения – w (Ватт); F = cos, θ называется коэффициентом мощности, а θ — разностью фаз напряжения и тока в разных фазах при нелинейной нагрузке. Реактивная мощность – это часть мощности, хранящаяся в цепи, но не работающая напрямую.

Q＝Ssinθ＝UIsinθ。 Где q реактивная мощность в вар.

Реактивная сила

Для ламп и всех других электронных схем, которые зависят от постоянного напряжения, невозможно работать без реактивной мощности. Обычные пользователи считают, что такому оборудованию, как лампы, нужна только активная мощность, а не реактивная мощность. Раз реактивная мощность не работает, то какой от нее толк! Поэтому, конечно, они считают, что лампа с коэффициентом мощности 1 является лучшей. Потому что он дает максимальную выходную мощность. Тем не менее, это не так.

Если есть лампа, при выпрямлении входной мощности переменного тока будет получено пульсирующее постоянное напряжение. Если пульсирующее напряжение не обрабатывать, оно будет напрямую подаваться на лампу. Можно не сомневаться, что схема не может нормально работать. Хотя коэффициент мощности лампы близок к 1, что толку от этого. Чтобы схема лампы работала нормально, необходимо обеспечить плавное постоянное напряжение. Это «сглаживание» должно производиться фильтрующим конденсатором, включенным за выпрямителем лампы.

Этот фильтр похож на резервуар. В конденсаторе должно быть достаточно заряда, чтобы поддерживать непрерывное рабочее напряжение в цепи и поддерживать нормальный уровень при наличии промежутка между полуволнами выпрямителя. Другими словами, даже когда между двумя пульсирующими полуволнами нет входной мощности, уровень напряжения UC существенно не меняется. Эта функция реализуется за счет накопления в конденсаторе энергии, представляющей собой реактивную мощность. Следовательно, лампа зависит от поддержки реактивной мощности, чтобы обеспечить правильное использование активной мощности в цепи для достижения нормальной работы, что упрощает ее использование. Поэтому можно сказать, что лампам нужна не только активная мощность, но и реактивная мощность.

Коэффициент мощности различных ламп

Мы знаем, что лампа накаливания на самом деле представляет собой чистое сопротивление, поэтому ее коэффициент мощности, конечно, равен 1. Но это не относится к все более и более широко используемым люминесцентным лампам и энергосберегающим лампам, которые активно рекламируются страна.

Долгое время люминесцентные лампы полагались на большой индуктор и стартер для запуска. После зажигания большой индуктор включается последовательно в цепь. Таким образом, это в основном индуктивная нагрузка, и ее коэффициент мощности составляет всего 0,51 ~ 0,56. В будущем электронные балласты будут иметь лучшие коэффициенты мощности, но, поскольку электронные балласты легко перегорают, индуктивный балласт является наиболее используемым балластом.

Коэффициент мощности энергосберегающих ламп всего около 0,54, и это тоже индуктивная нагрузка.

 

Коэффициент мощности светодиодных ламп

Поскольку светодиод представляет собой полупроводниковый диод, ему требуется источник питания постоянного тока. Если он питается от городской сети, должен быть балласт, который обычно представляет собой диодный балластный мост. Чтобы избежать пульсаций и мерцания и получить как можно более плавный постоянный ток, обычно необходимо добавить большой электролитический конденсатор, а следующий светодиод можно аппроксимировать резистором.

Формы напряжения и тока после выпрямления не являются синусоидами, и хотя форма волны напряжения до выпрямления является синусоидой, формы волны тока также не являются синусоидами. Следовательно, вся система является нелинейной системой, а исходный коэффициент мощности определяется для линейной системы, а входное и выходное напряжение и ток должны быть синусоидальными с одной и той же частотой, иначе нельзя использовать cosφ.

Но в несинусоидальной системе из-за того, что формы сигналов напряжения и тока не являются синусоидальными, нельзя сказать о фазовом угле. Следовательно, коэффициент мощности в нелинейной системе необходимо переопределить.

Как упоминалось ранее, другим определением коэффициента мощности является отношение активной мощности к полной мощности. Активная мощность относится к фактической выходной мощности, а полная мощность относится к произведению действующего значения входного напряжения и действующего значения входного тока.

Это полностью эквивалентно cosφ в синусоидальной системе, так что проблем нет. Но в нелинейной системе стоит еще раз обсудить, что такое эффективная мощность и что такое кажущаяся мощность. Поскольку в нелинейной системе форма тока имеет много высших гармоник, возникает большой вопрос, что использовать в качестве полной мощности.

Сейчас существует несколько распространенных практик:

1. Умножьте действующее значение основной гармоники тока и действующее значение синусоидального напряжения в качестве его полной мощности, или используйте косинусное значение фазы основной гармоники в качестве коэффициента мощности, или используйте косинусное значение нуля. фаза пересечения формы тока как коэффициент мощности Коэффициент мощности измеряется некоторыми приборами таким образом. Из текущей формы волны видно, что гармоники высокого порядка этой формы волны очень богаты, а ее основная волна очень мала. Если ток основной волны умножить на напряжение основной волны, полученная мощность будет очень мала по сравнению с эффективной мощностью. , Таким образом, его коэффициент мощности будет очень высоким и может быть даже больше 1, например, у некоторых аналоговых измерителей коэффициента мощности.

 

2. Умножьте действующее значение напряжения и действующее значение тока на кажущуюся мощность. В настоящее время многие цифровые измерители коэффициента мощности используют умножение эффективного значения напряжения и эффективного значения тока в качестве полной мощности. Действующее значение несинусоидального тока может быть выражено среднеквадратичным значением каждой гармоники тока:Если коэффициент мощности определяется как отношение фактической мощности к полной мощности:Гармонические искажения обычно определяются как:

   Многие современные цифровые измерители коэффициента мощности в основном определяются таким образом.

   Но определение мощности должно быть произведением эффективного значения напряжения и эффективного значения тока синусоиды той же частоты. Произведение действующего значения высших гармоник тока и действующего значения основного напряжения нельзя рассматривать как мощность, так как его частота различна, поэтому это бессмысленное число. Таким образом, использование этого метода для определения полной мощности проблематично. К сожалению, многие цифровые счетчики теперь измеряют таким образом.

   На самом деле, эта проблема всегда существовала в академических кругах. В случае нелинейности для коэффициента мощности было предложено множество различных методов определения. Одна и та же нелинейная система может получить совершенно разные значения коэффициента мощности при разных определениях, и независимо от того, какое это определение, ни одно из них не соответствует первоначальному намерению предложить коэффициент мощности в линейных системах. Например, в линейной системе, пока используется чистая емкость или чистая индуктивность, можно компенсировать индуктивные или емкостные нагрузки, что заведомо недостижимо в нелинейной системе. Поэтому эти определенные коэффициенты мощности полностью теряют свой первоначальный смысл.

   Фактически, в случае нелинейных нагрузок самой большой проблемой является гармонический ток, потому что, хотя гармонический ток и основное напряжение не могут сформировать полную мощность, квадрат гармонического тока, умноженный на сопротивление линии, вызовет тепловые потери. . Кроме того, этот вид гармонического тока не может быть скомпенсирован простыми конденсаторами или катушками индуктивности. Следовательно, что действительно необходимо ограничивать, так это значение гармонического тока, а не так называемый «коэффициент мощности».

   Самое главное в развитии науки – это устойчивое развитие, а самое главное – это энергосбережение и сокращение выбросов. Всем новым технологиям, способствующим энергосбережению и сокращению выбросов, мир должен оказать мощную поддержку. Светодиод является одним из самых важных элементов. Некоторые страны когда-то бесплатно раздавали энергосберегающую лампу каждому домашнему хозяйству взамен лампы накаливания. Однако энергосберегающие лампы далеко не идут ни в какое сравнение со светодиодами из-за их низкой светоотдачи, загрязнения ртутью и хрупкости. Теперь, когда LED развивается день ото дня, страны во всем мире должны активно поддерживать и продвигать его во всех аспектах, прилагая больше усилий.