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DIFERENCIAS DE RENDIMIENTO
En la tecnología LED de CA
La importancia del factor de potencia y
Distorsión armónica de iluminación LED de CA
Factor de potencia (PF) y distorsión armónica total (THD) son los parámetros clave de rendimiento que pueden limitar la amplia aceptación de la CA de iluminación LED en el mercado. Este artículo revisa la importancia tanto de FP y THD de entidades de normalización, las empresas eléctricas, y los usuarios finales. A continuación, este artículo analiza el desempeño PF y THD de dos LED soluciones existentes de CA, y luego compara el rendimiento de la ejecución de un nuevo LED solución de CA que las condiciones de la energía eléctrica utilizando selectiva desvío actual (SCD) de tecnología. Por último, este documento resume cómo CA de iluminación LED puede alcanzar niveles de calidad de la energía necesaria para sostener el crecimiento viral en la CA del LED mercado.
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Calidad de Potencia: PF y THD
A pesar de una alta eficacia luminosa de CA LED1 iluminación y promete ofrecer una eficiencia mucho mayor energía que la iluminación incandescente, la calidad de alimentación de CA de iluminación LED ha sido una historia mucho menos convincente. Antes de la CA de iluminación LED puede experimentar un crecimiento viral, ya que sustituye a miles de millones de bombillas incandescentes en todo el mundo, la industria tendrá que abordar la calidad de la energía relativamente pobre de su CA existentes de iluminación LED solutions2. normas de calidad de la energía ya se están estudiando, por ejemplo, como requisito previo para la CA de iluminación LED de productos para recibir la certificación ENERGY STAR.
calidad de la energía de cualquier lámpara de CA indica cómo la luz dibuja la corriente cuando se alimentan con una tensión senoidal de la red eléctrica. Incandescente Las lámparas tienen una resistencia que dibuja la corriente como una carga lineal, pero los indicadores LED de CA tienen diodos que el consumo de corriente como una carga no lineal.
Como consecuencia de este comportamiento no lineal, CA existentes de iluminación LED soluciones presentan pobres resultados de calidad de energía en términos de del factor de potencia (“PF”) y la distorsión armónica total (“THD”).
PF es una figura de merit3 que indica el grado de eficacia de la energía se transfiere de la utilidad de la lámpara. Una carga puramente resistiva, la corriente será en un factor de potencia ideal de 1.0 de la utilidad. Sin embargo, la utilidad debe generar y transmitir la misma cantidad de energía eléctrica para suministrar 100 vatios a PF = 0.5 como se debe generar y transmitir a la oferta de 50 vatios a PF = 1.0. Para compensar este aumento de la generación y los costos de transmisión, los servicios públicos a menudo cobran tasas sustancialmente más altas para cargas de bajo factor de potencia. PF para la CA de iluminación LED es un producto de dos componentes: factor de desplazamiento (es decir, una diferencia de fase entre el voltaje y corriente) y una distorsión factor4.
THD es una representación numérica de la distorsión en la forma de onda actual en relación con la forma de onda sinusoidal de tensión en la red eléctrica. Distorsión indica la cantidad de armónicos de corriente está fluyendo en las líneas de energía. Los armónicos son corrientes no deseadas en multiples5 de la frecuencia de la línea fundamental (por ejemplo, 50 ó 60 Hz). Las corrientes armónicas pueden crear tensión adicionales y pérdidas de potencia en las líneas de transmisión, transformadores de calor y condensadores, resuenan con los condensadores de corrección del factor de potencia, y / o conductores de sobrecarga de neutro. Incontrolada corrientes armónicas en las instalaciones comerciales pueden llevar a cortes e incluso incendios. Cualquier carga no lineal, como un motor de luz LED de CA, se dibuja una distorsionada (no sinusoidales) onda de corriente cuando es excitado por una onda de tensión senoidal.
Comparación de las Tecnologías de la CA del LED
CA existentes tecnologías LED se puede caracterizar por el tipo de topología de acondicionamiento del circuito que tiene. Existentes LED de CA utiliza un circuito de acondicionamiento que es (i) un interruptor de modo de tipo de suministro, o (ii) un tipo de resistencia. En este trabajo también analiza una nueva patente, a la espera, el tipo de circuito de acondicionamiento de la CA de iluminación LED.
Acondicionamiento de topologías de circuitos
Figura 1(a) muestra un diagrama esquemático de una fuente de alimentación conmutada (SMPS) circuito del condicionamiento de tipo, que generalmente se convierte tensión alterna sinusoidal a una tensión regulada y / o actual para conducir los LED. El tipo SMPS circuito de acondicionamiento consiste en una serie de componentes, incluyendo los diodos, condensadores diferentes, inductores, resistencias,
un procesador de control, y por lo menos un interruptor semiconductor que modula el flujo de corriente mediante ciclos de encendido y apagado a una frecuencia alta, a menudo en el rango de 40 a 400 kHz.
Figura 1(b) muestra un diagrama esquemático de un condicionamiento de tipo resistencia circuito, que por lo general rectifica la tensión alterna sinusoidal a una no regulada tensión que conduce a los LED. El acondicionamiento de tipo resistencia circuito sólo requiere un rectificador y una resistencia.
Figura 1(c) muestra un diagrama esquemático para una diversión actual selectiva (SCD) circuito del condicionamiento de tipo, que generalmente se rectifica la tensión alterna senoidal para proveer la excitación condicionada a los LED.
Acondicionamiento de la calidad del circuito de alimentación
Figuras 2(a)-2(c) parcelas de demostración de medir formas de onda actual de muestras representativas de cada tipo de circuito acondicionado. Estos gráficos ayudan a ilustrar el desempeño de calidad de energía para cada tipo en términos de fondos de pensiones y THD.
Figura 2(a) muestra que los circuitos de tipo SMPS acondicionado puede hacer un muy distorsionada actual, y la corriente es significativamente desfasadas con respecto a la forma de onda de tensión senoidal. La calidad de la energía de CA SMPS basado en LED se puede mejorar, pero por regla general, puede venir a costa de la adición de circuitos más complejos (por ejemplo, la corrección de factor de potencia del módulo) a la condición y el control de la corriente consumida por la carga. Aunque los valores pueden variar ampliamente, el cuadro 1 indica que la prueba del circuito SMPS acondicionado tiene factor de potencia pobres distorsión (PF = 0,606) y alta
(THD = 68,1%).
Figura 2(b) muestra que la corriente consumida por una resistencia de tipo AC LED circuito acondicionado tiene la alineación del pico de la onda de corriente con el pico de la onda de tensión, que ayuda a mejorar el factor de potencia global. Sin embargo, la forma de onda de corriente está distorsionada (aplanado) a tensiones inferiores. Para mejorar la FP y THD, el ángulo de conducción de la corriente podría ser mayor si la reducción del número de LEDs en serie, sin embargo, esto requeriría un aumento correspondiente en la resistencia de la serie de control actual, y el aumento de la resistencia sería menor la eficacia general y potencial de ahorro energético. La Tabla 1 indica que la prueba del circuito resistivo acondicionado tipo tiene buen factor de potencia (PF = 0,92), pero significativa distorsión (THD = 39,5%).
Figura 2(c) muestra que la corriente consumida por un tipo AC SCD LED circuito acondicionado muestra también la alineación de los picos de forma de onda, pero la forma de onda actual es menos distorsionada, ya que se ajusta mejor a la forma de onda de tensión en baja tensión. El aumento de corriente en baja tensión también aumenta la eficacia luminosa, mostrando un 15% de mejoría asociadas con la menor distorsión. La Tabla 1 indica que el tipo de prueba SCD circuito de acondicionamiento ha factor de potencia excelente (PF = 0,98) con baja distorsión (THD = 15,7%).
Conclusiones
El nuevo tipo SCD circuito de acondicionamiento de la CA de iluminación LED ha logrado el mayor rendimiento de energía de calidad que es superior a la CA actualmente conocida luces LED. Con base en las pruebas de muestra representativa con los tipos actuales de circuitos de acondicionamiento, CA con tecnología LED acondicionado SCD logra un rendimiento mucho mejor calidad de la energía en términos de factor de potencia y distorsión. En particular, el tipo SCD logra una calidad de potencia y una eficacia significativamente mayor luminosa de muy poco costo adicional en relación con el circuito de acondicionamiento de resistencia simple. Por otra parte, el tipo SCD logra mejor calidad de alimentación para el peso mucho menos, el volumen y número de piezas, y la complejidad en comparación con el circuito de acondicionamiento SMPS. El costo de un circuito SCD se estima en alrededor del 5% del coste de un circuito SMPS.
1AC iluminación LED se refiere a la iluminación generada por emisores de luz LED como fuente de voltaje de la fuente-por lo general una CA senoidal del voltaje de la línea de servicios públicos (por ejemplo, 120 V en los EE.UU., en Japón 100 V, 220 V en Europa). Debido a su alta eficacia luminosa, AC iluminación LED tiene un enorme potencial para convertirse en el tipo dominante de la iluminación en muchas aplicaciones. Antes de que el potencial para la CA de iluminación LED puede comenzar a ser explotado, el AC LED industria debe superar algunos obstáculos principales: rendimiento, costo y calidad.
2Recent historia sugiere que la rápida proliferación de una nueva tecnología con una carga no lineal del sistema regulaciones del gobierno para hacer frente a la calidad de energía. En los años 1980 y 1990, la rápida proliferación de cargas no lineales en forma de material informático dirigido a las normas internacionales tales como IEC 555-2 "inyección de armónicos en la red de CA" en los EE.UU. y EN61000-3-2 en Europa.
3PF valores oscilan entre 0 y 1, donde PF = 1.0 es ideal.
4THD es una medida ampliamente utilizada para el componente de factor de distorsión de la FEP.
5 En los EE.UU., la frecuencia de la línea fundamental es de 60 Hz con armónicos de 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, 300 Hz, etc ...
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