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Leistungsunterschiede
IN AC-LED-TECHNOLOGIE
Die Bedeutung der Power Factor und
Klirrfaktor bei AC LED-Beleuchtung
Leistungsfaktor (PF) und Total Harmonic Distortion (THD) sind Key-Performance-Parameter, die die breite Akzeptanz von AC begrenzen können LED-Beleuchtung auf dem Markt. Dieses Papier ersten Reviews die Bedeutung sowohl PF und THD zur Festlegung von Standards Einrichtungen, die Energieversorger und Endverbraucher. Als nächstes Beiträge dieses Papier die PF und THD Leistung von zwei bestehenden AC-LED-Lösungen und vergleicht dann die Leistung und der Leistung eines neuen AC-LED-Lösung, die Bedingungen der elektrischen Leistung durch selektive aktuellen Umleitung (SCD) Technologie. Schließlich fasst dieser Aufsatz, wie AC Beleuchtung erreichen Netzqualität Ebenen notwendig, um das virale Wachstum in der AC Sustain LED LED Marktplatz.
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Power Quality: PF & THD
Trotz AC LED1 Beleuchtung ist eine hohe Lichtausbeute und verspricht deutlich höhere Energieeffizienz als Glühlampen liefern, LED-Beleuchtung Qualität der AC hat eine viel weniger spannende Geschichte gewesen. Bevor AC-LED-Beleuchtung kann das virale Wachstum erfahren, wie es Milliarden von Glühlampen in der ganzen Welt ablöst, wird die Branche müssen dem relativ schlechten Netzqualität ihres bestehenden AC LED-Beleuchtung solutions2. Power Qualitätsstandards sind bereits angedacht, zum Beispiel als Voraussetzung für AC LED-Beleuchtung Produkte ENERGY STAR-Zertifizierung erhalten hat.
Power-Qualität für alle AC-Lampe zeigt an, wie die Lampe, wenn sie mit Strom zieht sinusförmige Spannung vom Netz versorgt. Glühlampen haben einen Widerstand, Strom zieht als eine lineare Last, sondern AC-LEDs haben Dioden, die Strom ziehen als ein nicht-linearer Last.
Als Folge dieses nichtlineare Verhalten, LED-Beleuchtung bestehenden AC Lösungen weisen schlechte Netzqualität Partituren sowohl in Bezug auf Leistungsfaktor (“PF”) und Klirrfaktor (“THD”).
PF ist eine Figur der merit3, wie effektiv Energie übertragen wird, zeigt
aus dem Programm, um die Lampe. Eine rein resistive Last ziehen an einem idealen Leistungsfaktor von 1,0 aus dem Programm aktuell. Allerdings muss das Dienstprogramm erzeugen und übermitteln die gleiche Menge an elektrischer Leistung bis 100 Watt bei PF = 0,5 liefern als es muss die Erzeugung und Übertragung bis 50 Watt bei PF = 1,0 liefern. Zum Ausgleich für den erhöhten Erzeugung und Übertragung Kosten, Versorgungsunternehmen oft wesentlich höhere Gebühr für einen niedrigen Leistungsfaktor Lasten. PF für AC LED-Beleuchtung ist ein Produkt aus zwei Komponenten: Verschiebung Faktor (dh eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom) und eine Verzerrung factor4.
THD ist eine numerische Darstellung der Verzerrungen im Stromverlauf
bezogen auf die sinusförmige Spannung Wellenform auf dem Stromnetz. Distortion gibt an, wieviel Oberschwingungsströme ist in den Stromleitungen fließt. Oberschwingungen sind unerwünschte Ströme bei multiples5 der grundlegenden Netzfrequenz (zB 50 oder 60 Hz). Oberschwingungsströme können zusätzliche Spannung und Leistungsverluste in den Leitungen, Transformatoren und Kondensatoren, Wärme, Resonanz mit Kondensatoren zur Blindleistungskompensation und / oder Überlastung Neutralleiter. Unkontrollierte Oberschwingungsströme in gewerblichen Einrichtungen können zu Ausfällen und sogar Bränden führen. Jede nicht-linearer Last, wie ein AC Light Engine LED, erstellt ein verzerrtes (nicht-sinusförmigen) Stromform, wenn durch eine sinusförmige Spannungsverlauf aufgeregt.
Vergleich von AC-LED-Technologien
Bestehende AC-LED-Technologien, durch die Art der Konditionierung Schaltungstopologie hat es charakterisiert werden kann. Bestehende AC-LEDs mit einem Aufbereitungsschaltkreis, die entweder (i) ein Schaltnetzteil Netzteil Typ, oder (ii) einen Widerstand geben wird. Dieses Papier prüft auch eine neue, zum Patent angemeldete, Art der Konditionierung Schaltung für AC LED-Beleuchtung.
Conditioning Schaltungstopologien
Abbildung 1 (a) zeigt eine schematische Darstellung für ein Schaltnetzteil (SMPS) Art Konditionierung Schaltung, die in der Regel setzt sinusförmige Wechselspannung an einem geregelten Spannung und / oder Strom an die LEDs anzusteuern. Die SMPS Typ Aufbereitungsschaltkreis beinhaltet eine Reihe von Komponenten, einschließlich Dioden, diverse Kondensatoren, Induktivitäten, Widerstände, eine Kontrolle Prozessor und mindestens eine Halbleiter-Schalter, der Stromfluss moduliert durch Radfahren und Ausschalten mit einer hohen Frequenz, die oft im Bereich von 40-400 kHz.
Abbildung 1 (b) zeigt eine schematische Darstellung für einen Widerstand Art Konditionierung Schaltung, die in der Regel richtet sinusförmige Wechselspannung um eine ungeregelte Spannung, dass die LEDs Laufwerke. Der Widerstand Art Konditionierung Schaltung erfordert nur einen Gleichrichter und einen Widerstand.
Abbildung 1 (c) zeigt eine schematische Darstellung für eine selektive aktuellen Umleitung (SCD) Typ Aufbereitungsschaltkreis, die im Allgemeinen richtet sinusförmige Wechselspannung konditioniert Anregung zu den LEDs liefern.
Aufbereitungsschaltkreis Power Quality
Abbildungen 2 (a) -2 (c) zeigen Plots der gemessenen Stromkurven für repräsentative Stichproben von jeder Art von Konditionierung Schaltung. Diese Diagramme helfen, die Netzqualität Leistung für jede Art im Hinblick auf PF und THD illustrieren.
Abbildung 2 (a) zeigt, dass die SMPS Typ-ICs zeichnen kann eine sehr verzerrte Strom, und der Strom wird deutlich Phase-in Bezug auf die sinusförmige Spannung Wellenform verschoben. Die Macht Qualität eines SMPS-basierten AC-LED kann verbessert werden, aber dies kann im Allgemeinen auf Kosten der Hinzunahme weiterer komplexer Schaltungen (zB Power Factor Correction Module) zu konditionieren kommen und die Kontrolle der Strom durch die Last gezogen. Obwohl Werte stark schwanken können, zeigt Tabelle 1, dass die getestete SMPS Aufbereitungsschaltkreis schlechtem Leistungsfaktor hat (PF = 0,606) und hohe Verzerrung (THD = 68,1%).
Abbildung 2 (b) zeigt, dass der Strom durch einen Widerstand Typ AC gezogen LED Aufbereitungsschaltkreis hat Ausrichtung der Gipfel der Stromform mit dem Höhepunkt der Spannungskurve, die Verbesserung der Gesamtleistung Leistungsfaktor hilft. Allerdings ist die gegenwärtige Wellenform verzerrt (abgeflacht) bei niedrigeren Spannungen. Zur Verbesserung der PF und THD, der Phasenwinkel für die aktuelle könnte durch Verringerung der Anzahl der LEDs in Serie erhöht werden, aber dies würde eine entsprechende Erhöhung der Serienwiderstand zu kontrollieren Strom benötigen, und den erhöhten Widerstand würde die allgemeine Wirksamkeit und geringere Energiesparpotenzial. Tabelle 1 zeigt, dass die getesteten resistiven Typ Aufbereitungsschaltkreis guten Leistungsfaktor hat (PF = 0,92), aber signifikante Verzerrung (THD = 39,5%).
Abbildung 2 (c) zeigt, dass der Strom durch einen SCD Typ AC gezogen Aufbereitungsschaltkreis LED zeigt außerdem Ausrichtung der Wellenform Spitzen, aber die Stromform ist weniger verzerrt, da sie besser an die Spannungskurve bei niedrigeren Spannungen entspricht. Die erhöhte bei niedrigen Spannungen aktuellen steigert auch Lichtausbeute, zeigen etwa 15% ige Verbesserung mit der reduzierten Verzerrung verbunden. Tabelle 1 zeigt, dass die getesteten SCD Typ Aufbereitungsschaltkreis hervorragende Leistung Faktor (PF = 0,98) mit niedriger Verzerrung (THD = 15,7%).
Schlussfolgerungen
Das neue SCD Typ Aufbereitungsschaltkreis für AC LED-Beleuchtung erreicht Durchbruch Netzqualität Leistung, überlegen derzeit bekannten AC-LED leuchtet. Basierend auf Tests von repräsentativen Stichprobe mit den bestehenden Arten von Konditionierung Schaltungen, LED-AC mit SCD Klimatechnik erzielt weitaus bessere Netzqualität Leistung sowohl in Bezug auf Leistungsfaktor und Verzerrung. Insbesondere erreicht die SCD Typ Übermacht Qualität und deutlich höhere Lichtausbeute bei sehr geringen zusätzlichen Kosten im Vergleich zu den einfachen resistiven Aufbereitungsschaltkreis. Darüber hinaus erreicht der SCD Typ viel besser Macht Qualität für weniger Gewicht, Volumen, Anzahl der Komponenten und die Komplexität bei der SMPS Aufbereitungsschaltkreis verglichen. Die Kosten einer SCD-Schaltung wird auf etwa 5% der Kosten eines SMPS-Schaltung werden.
1 AC LED-Beleuchtung findet die Beleuchtung durch LED Light Engines erzeugt werden, wenn mit einer sinusförmigen Wechselspannung Source-typisch das Dienstprogramm Netzspannung (zB 120 V in den USA, in Japan 100 V, 220 V in Europa) geliefert. Aufgrund der hohen Lichtausbeute, LED Beleuchtung AC hat ein enormes Potenzial, um die dominante Art der Beleuchtung in vielen Anwendungen geworden. Bevor das volle Potenzial für AC LED-Beleuchtung kann beginnen erschlossen werden kann, leuchtet die AC-Industrie müssen einige wichtige Barrieren zu überwinden: Leistung, Kosten und Qualität.
2 Recent Geschichte legt nahe, dass die rasche Verbreitung einer neuen Technologie mit einer nicht-linearen Last staatlichen Vorschriften zu Power Quality-Adresse eingeben. In den 1980er und 1990er Jahren, rasche Verbreitung von nicht-linearen Lasten in Form von EDV-Anlagen führte zu internationalen Standards wie IEC 555-2 "Harmonic Injektion in das Stromnetz" in den USA und EN61000-3-2 in Europa.
3 PF Werte reichen von 0 bis 1, wo PF = 1,0 ist ideal.
4 THD ist ein weit verbreitetes Maß für den Klirrfaktor Komponente des PF.
5 In den USA, die grundlegende Linie Frequenz 60 Hz mit Oberwellen bei 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, 300 Hz, etc ...
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