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Diferenças de desempenho
Da tecnologia LED AC

A Importância do Fator de Potência e Distorção Harmônica na iluminação LED AC

PowerFactor (PF) e Distorção Harmônica Total (THD) são parâmetros-chave de desempenho que podem limitar a ampla aceitação da AC iluminação LED no mercado. Este primeiro trabalho analisa a importância de ambos PF e THD para estabelecer normas corpos, a eletricidade, e os usuários finais. Em seguida, este documento analisa o desempenho PF e THD de dois AC LED soluções existentes, e, em seguida, compara esse desempenho com o desempenho de um AC novo LED solução que as condições da energia elétrica utilizando seletivo atual desvio (SCD) tecnologia. Finalmente, este artigo resume como AC LED de iluminação pode alcançar níveis de qualidade de energia necessária para sustentar o crescimento viral no AC LED mercado.

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Qualidade de Energia: PF e THD

Apesar da elevada eficiência de iluminação AC LED1 é luminoso e promete entregar a eficiência energética significativamente maior do que uma lâmpada incandescente, a qualidade da energia de corrente alternada iluminação LED tem sido uma história muito menos convincente. Antes AC iluminação LED podem experimentar o crescimento viral, pois substitui bilhões de lâmpadas incandescentes em todo o mundo, a indústria terá de resolver a qualidade da energia relativamente pobre de sua AC existente iluminação LED solutions2. padrões de qualidade de energia já estão sendo consideradas, por exemplo, como pré-requisito para o AC LED de iluminação de produtos para receber a certificação ENERGY STAR.

Alimentação de qualidade para qualquer lâmpada AC indica como a luz atrai atual quando alimentado com tensão senoidal da rede CA. Incandescente. As lâmpadas têm uma resistência que atrai atual como uma carga linear, mas LEDs AC tem diodos que desenhar atual como uma carga não-linear.

Como conseqüência deste comportamento não-linear, AC existente iluminação LED soluções apresentam índices de qualidade de alimentação pobre em termos de fator de potência (“PF”) e distorção harmônica total (“THD”).

PF é uma figura de merit3 que indica quão efetivamente a energia é transferida a partir do utilitário para a lâmpada. Uma carga puramente resistiva vai chamar atual em um fator de potência ideal de 1,0 a partir do utilitário. No entanto, o utilitário deve gerar e transmitir a mesma quantidade de energia elétrica para fornecer 100 watts na PF = 0,5, uma vez que deve gerar e transmitir para o fornecimento de 50 watts na PF = 1,0. Para compensar o aumento da geração e como os custos de transmissão, utilitários geralmente cobram taxas substancialmente mais elevadas para cargas de baixo fator de potência. PF para AC iluminação LED é um produto de dois componentes: o fator de deslocamento (ou seja, uma diferença de fase entre tensão e corrente) e uma distorção factor4.

THD é uma representação numérica de distorção na forma de onda corrente em relação à onda de tensão senoidal em corrente alternada. Distorção indica a quantidade de corrente harmônica está fluindo nas linhas de alimentação. Harmônicos são correntes indesejadas na multiples5 da freqüência da linha fundamental (por exemplo, 50 ou 60 Hz). As correntes harmônicas podem criar tensão adicional e perdas de energia nas linhas de transmissão, transformadores e capacitores de calor, em ressonância com os capacitores de correção de potência, e / ou sobrecarga de condutores neutro. Descontrolada correntes harmônicas em instalações comerciais pode levar a falhas e até mesmo incêndios. Qualquer carga não linear, como um motor AC LED de luz, irá desenhar uma forma de onda (não-sinusoidal) distorcida atual quando animado por uma onda de tensão senoidal.

Comparação de AC Tecnologias LED

AC LED tecnologias existentes podem ser caracterizadas por qual tipo de topologia de circuito de condicionamento que ele tem. LEDs AC existentes usam um circuito de condicionamento que seja (i) uma chave de modo do tipo de alimentação, ou (ii) um tipo de resistor. Este trabalho também analisa uma patente, os novos pendente, tipo de circuito de condicionamento de AC iluminação LED.

Condicionamento de topologias de circuitos

Figura 1(a) mostra um diagrama esquemático de uma fonte chaveada (SMPS) circuito de condicionamento de tipo, que geralmente converte tensão alternada sinusoidal a uma tensão regulada e / ou corrente para acionar o LED. O circuito de condicionamento de SMPS tipo envolve uma série de componentes, incluindo os diodos, capacitores diferentes, indutores, resistores, um processador de controle, e pelo menos um interruptor semicondutor que modula o fluxo de corrente de bicicleta e fora com uma frequência elevada, muitas vezes na faixa de 40-400 kHz.

Figura 1(b) mostra um diagrama esquemático de um circuito de condicionamento de resistência do tipo, que geralmente corrige tensão alternada sinusoidal a uma tensão desregulada que impulsiona os LEDs. A resistência de circuito de condicionamento de tipo exige apenas um retificador e um resistor.

Figura 1(c) mostra o esquema de desvio seletivo em curso (SCD), circuito de condicionamento de tipo, que geralmente retifica a tensão AC senoidal de excitação para proporcionar condicionada à LEDs.

Condicionamento de Qualidade de Energia Circuito

Figuras 2(a)-2(c) gráficos mostram formas de onda de medida atual de amostras representativas de cada tipo de circuito de condicionamento. Estes gráficos ajudam a ilustrar o desempenho de qualidade de energia para cada tipo, em termos de PF e THD.

Figuras 2(a) mostra que a SMPS circuitos de condicionamento de tipo pode desenhar uma muito distorcida atual, ea corrente é muito defasadas em relação à forma de onda senoidal de tensão. A qualidade da energia de uma AC SMPS baseado LED pode ser melhorado, mas isso geralmente pode vir ao custo da adição de novos circuitos complexos (por exemplo, correção de fator de potência do módulo) para condicionar e controlar a corrente consumida pela carga. Embora os valores podem variar muito, a Tabela 1 indica que o circuito de condicionamento testado SMPS tem fator de potência baixa (P = 0,606) e alta distorção
(THD = 68,1%).

Figura 2(b) mostra que a corrente consumida por um resistor AC tipo LED circuito de condicionamento tem alinhamento do pico da onda de corrente, com o pico da onda de tensão, o que ajuda a melhorar o fator de potência global. No entanto, a onda atual é distorcida (achatada) com tensões mais baixas. Para melhorar a PF e THD, o ângulo de condução para a corrente pode ser aumentada pela redução do número de LEDs em série, no entanto, isso exigiria um aumento correspondente da resistência em série para controlar a corrente, eo aumento da resistência diminuiria a eficácia global e potenciais economias de energia. A Tabela 1 indica que o circuito de condicionamento testado tipo resistiva tem fator de potência bom (PF = 0,92), mas significativa distorção (THD = 39,5%).

Figura 2(c) mostra que a corrente consumida por um tipo AC SCD circuito de condicionamento de LED também mostra o alinhamento dos picos de forma de onda, mas a onda atual é menos distorcida, porque se conforma melhor para a onda de tensão com tensões mais baixas. O aumento da corrente em baixa tensão também aumenta a eficácia luminosa, mostrando cerca de 15% de melhoria associada à redução de distorção. A Tabela 1 indica que o teste DF circuito de condicionamento de tipo tem fator de potência excelente (PF = 0,98) com baixa distorção (THD = 15,7%).

Conclusões

O novo SCD circuito de condicionamento de tipo para o AC iluminação LED conseguiu uma performance de qualidade da energia que é superior ao AC atualmente conhecidos luzes LED. Baseado em testes de amostra representativa com os tipos existentes de circuitos de condicionamento, AC LED com tecnologia SCD condicionado atinge o desempenho muito melhor qualidade de energia tanto em termos de fator de potência e distorção. Em particular, o tipo de anemia falciforme atinge a qualidade da energia superior e significativamente mais elevada eficácia luminosa por muito pouco custo adicional em relação ao circuito de condicionamento simples resistiva. Além disso, o tipo de anemia falciforme atinge uma qualidade muito melhor poder de menos peso, volume, número de componentes e complexidade quando comparado com o circuito de condicionamento de SMPS. O custo de um circuito de SCD é estimada em cerca de 5% do custo de um circuito SMPS.

1AC iluminação LED refere-se a iluminação gerada pelo LED motores leves quando alimentadas com uma corrente alternada senoidal de tensão de fonte de tensão normalmente o utilitário de linha (por exemplo, 120 V, os EUA, no Japão 100 V, 220 V na Europa). Devido à sua elevada eficácia luminosa, AC iluminação LED tem um tremendo potencial para se tornar o tipo dominante de iluminação em diversas aplicações. Antes de todo o potencial para o AC iluminação LED pode começar a ser explorado, o AC LED indústria deve superar alguns obstáculos-chave: desempenho, custo e qualidade.

2Recent história sugere que a rápida proliferação de uma nova tecnologia com uma carga não-linear pedirá regulamentações do governo para lidar com a qualidade da energia. Na década de 1980 e 1990, a rápida proliferação de cargas não-lineares na forma de equipamentos de informática levou a normas internacionais como IEC 555-2 "injeção harmônica na corrente eléctrica" em os EUA e EN61000-3-2 na Europa.

3PF valores variam de 0 a 1, onde PF = 1,0 é o ideal.

4THD é uma medida amplamente utilizada para o componente do fator de distorção da PF.

5in os EUA, a freqüência da linha fundamental é de 60 Hz com harmônicas em 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, 300 Hz, etc ...