Коэффициент мощности светодиодных ламп – Новости светотехники » Коэффициент мощности светодиодного оборудования.

Новости светотехники » Коэффициент мощности светодиодного оборудования.

При использовании светодиодного освещения значительно снижается расход электричества, при этом не происходит снижения светового потока. Достигнуть таких показателей можно благодаря уникальным свойствам светового оборудования, а точнее благодаря коэффициенту мощности.

Светодиодное освещение очень популярно из-за низких энергозатрат, в отличии от других ламп. Одним их самых главных параметров являются мощность и коэффициент мощности. Всю эту информацию производители указывают на упаковке. У светодиодов могут быть одинаковые показатели, но разные технические характеристики и, следовательно, качество. Происходит это из-за разных технологий производства и требований. Для того, чтобы подобрать необходимое светодиодное освещение нужно взаимодействовать только с проверенными поставщиками у которых есть сертификаты и лицензии.

Ранее уже говорили, что одним из основных показателей является коэффициент мощности.

Коэффициент мощности –это часть энергии, которая расходуется на полезную работу, вырабатывая свет. Вся оставшаяся часть уходит на холостую мощность, называемую рективной. Обычно она преобразуется в тепло и теряется. Зачастую реактивная мощность доходит до 80-90%. Абсолютную мощность можно посчитать сложив реактивную и активную мощность.

Если объяснять более просто, то это– неизмеримая величина, определяющая разницу затраченной полезной энергии к общей мощности.Раньше не существовало термина импульсное освещение, за значение коэффициента мощности принимали косинус «ФИ». Если он высокий, то увеличивается энергосбережение и снижаются потери. Параметр сдвига значения тока по фазе находится в диапазоне 0-1. Коэффициент со значением 1 считается идеальным.

Чтобы правильно выбрать светодиодное оборудование, без переплаты холостой энергии, надо учитывать коэффициент мощности. Сегодня на рынке множество вариантов с различными характеристиками и ценами.

Значение коэффициента мощности Высокое Хорошее Удовлетворительное Низкое Плохое
cos φ 0,95..1 0,8..0,95 0,65..0,8 0,5..0,65 0..0,5

Итак, мы выяснили, что высокий коэффициент мощности делает светильник более функциональным. Если, например, взять ДРД лампы, то косинус «ФИ» представлен значением 0,5, это говорит о том, что до 50% тратится просто так. Самый высокий показатель у светодиодных светильников. От 0,9 до 1.
Применение светодиодного оборудования с высокими значениями позволит:

• Значительно снизить энергопотребление
• Уменьшить нагрузку
• Поднять качество

Бывает и так, что коэффициент мощности понижен, но есть возможность его увеличить. Корректирование необходимо для распределения равномерной нагрузки и снижения возможности перепадов напряжения. Для этого необходимо установить дополнительные устройства – реактивный элемент или дроссель.
Такую работу лучше доверить профессионалам, которые учтут все нюансы. В случае если светодиодное оборудование не подходит под стандарты и технические нормы – это может повлиять на качество освещения. Есть еще один элемент в светодиодном оборудовании от которого зависит эффективность освещения – это драйвер. Параметры драйвера влияют на коэффициент мощности и производительность оборудования в целом.

Светодиодное оборудование по стоимости превосходит обычные лампы, но зато быстро окупается благодаря максимальному энергосбережению, качеству и долгим сроком службы.

• Коэффициент мощности в светодиодах находится в диапазоне 0,8-1
• Средний срок службы составляет около 90000 часов

sirius-led.ru

Коэффициент мощности светильника

Коэффициент мощности (КМ) светильника напрямую связан с появлением индуктивной составляющей (дроссели или трансформаторы) в цепях питания источников света. Традиционные лампы накаливания введения такого коэффициента не требовали — в цепях питания таких ламп реактивная составляющая отсутствует.

Определение и физика коэффициента мощности

Математическое определение КМ выражено в отношении активной мощности источника света к его полной величине, потребляемой светильником. Более понятным языком КМ формулируется как отношение полезной энергии расходуемой на освещение, к полной мощности осветительного прибора.

Разница полной и полезной мощностей является следствием появления в цепях питания светильника нелинейных электронных устройств, которые вызывают фазовый сдвиг между напряжением и током. Традиционно к таким устройствами относят дроссели или трансформаторы.

Графическое обозначение КМ принято выражать двумя символами — cos φ или λ. Первый символ показывает значение КМ в относительных величинах от 0 до 1, а второй — в процентах. При совпадении полной и активной мощности cos φ = 1, а λ = 100%.

КМ светильников разного типа

Как уже было сказано, традиционные лампы накаливания не имеют потерь на сдвиге фазы и их КМ равен 1 или 100%. Люминесцентные лампы имеют КМ от 0,92, а величина коэффициента некоторых моделей ламп ДРЛ доходит до 0,5 или 50 %. На практике это означало, что у таких ламп на освещение расходовалось лишь половина потребляемой мощности.

Светодиодные источники света по значению КМ приближаются к лампам накаливания, его величина близка к 1 или 100%. На практике это означает, что коэффициентом мощности для светодиодных источников света можно пренебречь — светодиодный светильник практически не вносит потерь в цепи питания, вся потребляемая энергия расходуется на освещение.



inventrade.ru

F.A.Q. Косинус Фи , КПД и другие параметры светодиодных светильников СД и СДУ арт.78

Часто задаваемые вопросы относительно светодиодных светильников СД и СДУ(арт.78):

Вопрос: Почему в информации о потолочном светодиодном светильнике СД-35(арт.78)  указана потребляемая мощность 35 Вт, при этом в светодиодном светильнике установлено всего 24 одноваттных светодиода и указан параметр «cos φ не менее 0,95»? Получается, что 24 Вт потребляют светодиоды, и ещё 11 Вт источник питания? Значит истинный cos φ источника питания вашего светодиодного светильника не выше 0,5?


Ответ: Вся приведенная информация о светильнике СД-35 достоверна. Дело вот в чем – в наших светильниках СД-35(арт.78), СД-50(арт.78) и других этой серии мы действительно используем одноваттные светодиоды, но «одноваттный» - это всего лишь ТИП светодиода, что вовсе не означает, что светодиод потребляет ровно 1 Вт энергии. Мы используем источник фиксированного тока для питания светодиодов (350 мА). У используемых нами одноваттных светодиодах при токе 350 мА прямое падение напряжения на светодиоде от 3,1 до 3,5 В (это зависит от бина светодиода). Небольшие отклонения в параметрах светодиодов даже в пределах одной партии обусловлены особенностями технологического процесса производства самих светодиодов и являются естественными.

Получается, что реальная мощность одного светодиода:

 

При этом суммарная мощность, потребляемая светодиодами составит:

 

Источник тока в наших светодиодных потолочных светильниках в реальности имеет значение cos φ не менее 0,95, вы можете убедиться в этом, подключив любой из наших светильников к специальному измерительному прибору (фазометру, или интеллектуальному мультиметру с функцией «True RMS»).

В итоге, суммарная потребляемая мощность нашего светильника СД-35(арт.78) составляет:

Получается, что реальная потребляемая мощность наших потолочных светодиодных светильников СД-35(арт.78) составляет от 27 до 31 Вт. Указанный параметр «Потребляемая мощность – 35 Вт» означает возможное предельное максимальное потребление светильника, указанное в ТУ, что, в свою очередь, является требованием «правильных» органов по сертификации (заявление максимально возможной потребляемой мощности). Напомним, что наши светильники сертифицированы в одном из авторитетнейших органов по сертификации АНО «СветоС».

 Примечание. Режим работы мощных светильников, таких как уличные светодиодные светильники СДУ-50(арт.78), СДУ-70(арт.78), СДУ-90(арт.78), СДУ-120(арт.78) и другие этой серии, а также промышленные светодиодные светильники СД(арт.78)  и модификации светильников СУС) немного отличается от режима работы офисных. Усилиями наших инженеров в драйверах указанных светильников

cos φ составляет более 0,97 (вплоть до 0,98…0,99). При этом, аналогично приведенному выше примеру, можно подсчитать реально потребляемую мощность. В режиме питания мощных светильников ток через светодиоды обычно выше, чем 350 мА (до 390 мА и выше), что оправдано эффективным теплоотводом светильников.

tdmegaprom.ru

Реактивная мощность светодиодных ламп

Реактивная энергия и мощность

При эксплуатации современного освещения с энергоэффективными источниками света используется понятие реактивная мощность светодиодных ламп. Это мощность, которая не используется, а приводит к потерям на нагрев и излучение, то есть , снижает экономичность. Рассмотрим, это подробнее.

В электрическую цепь переменного тока могут быть включены приборы с разным характером внутреннего сопротивления – активным, индуктивным или емкостным. Например, если это ТЭН (трубчатый электрический нагреватель), греющий воду в бойлере для кухни, на электрической плите или в электрическом чайнике, то это будет полностью активная нагрузка. Она характерна тем, что ток через нее по фазе совпадает с фазой приложенного напряжения.

Если это трансформатор, то его полное сопротивление будет с индуктивной добавкой. Ток в его первичной обмотке будет отставать по фазе от напряжения. Такой же индуктивный характер имеют в электроцепях и все электродвигатели, использующиеся в бытовой технике.

Бытовых электроприборов с емкостным сопротивлением тоже немало:

  • традиционные люминесцентные лампы-трубки;
  • люминесцентные светильники с одной или несколькими лампами;
  • вся современная электронная и радиоаппаратура, имеющая сетевое бестрансформаторное питание т. п.;
  • светодиодные лампы и другие устройства, питающиеся от сети.

Компактные люминесцентные лампы малых габаритов первых выпусков или незадекларированных производителей – это источники света с коэффициентом мощности, чаще всего, на уровне 0,5 – 0,7. Сюда же можно отнести импульсные источники питания для светодиодных устройств безымянных производителей. Блоки питания повышенной мощности по требованиям последних ГОСТ должны быть оснащены корректорами

реактивной мощности. Они уменьшают сдвиг по фазе между током и напряжением.

Не откорректированный блок питания в действительности потребляет от сети мощность большую, чем мощность на его выходе. Разница коррелируется с величиной коэффициента мощности (КМ). В устройствах высокого качества компенсация реактивной мощности доходит до уровня 0,98 – 0,99.

Познакомтесь с современными источниками питания серии HTS от компании Arlight. Светотехнические устройства со скомпенсированной реактивной мощность можно купить на сайте «Светомания».

svetomaniya.ru

Сага о светодиодных лампах. Часть 1 — история и терминология / Habr

Этой статьей я хотел бы начать серию публикаций, посвященных приборам, которые человечество применяет для освещения. Как явствует из заголовка, основное внимание планируется уделить светодиодным лампам, их сравнению и рассказу о том, почему одни лампы получаются хорошими, а другие — плохими, сопровождаемому наглядными примерами того и другого. Да-да, все верно — планируются замеры, распиливания и раскручивания. Однако прежде чем начинать что-то мерять и сравнивать, всегда полезно немного погрузиться в историю вопроса и поговорить о том, что же и зачем надо мерять.

Прежде всего я, как и обещал, предлагаю погрузиться в историю. Тем не менее, поскольку копаться в пыли веков — занятие на любителя, я спрятал эту часть под спойлер.Погрузиться в историю освещения.В деле создания искусственных источников света человечество прошло долгий путь – от костров, факелов и плошек с маслом до лампы Арганда, от лампы Арганда к классической керосиновой лампе, и, в конце концов, к электрическому освещению, символом и основным представителем которого по праву является лампа накаливания. Фактически, лампа накаливания была абсолютно господствующим прибором бытового освещения более ста лет, с того момента, как в начале двадцатого века она стараниями Эдисона приобрела современный вид. К слову, вопреки расхожему мнению, Эдисон не изобретал ее — поместить нагреваемое током тело в стеклянную колбу с бескислородной атмосферой первым догадался Лодыгин, и именно ему принадлежат патенты как на собственно лампу накаливания, так и на использование в качестве тела накала тугоплавких металлов, в частности, вольфрама (US Patent No. 575002), который применяется в лампочках и по сей день. Гений же Эдисона состоял в том, что он смог довести идеи всех, работавших над проблемой электрического освещения ранее, до коммерческого применения, приносящего реальную прибыль; именно благодаря ему лампа накаливания из лабораторного прибора стала повсеместным, привычным и удобным источником света.


(Источник картинки)

Несмотря на появление люминесцентных газоразрядных ламп ближе к середине двадцатого века (знакомые всем белые трубки) можно с уверенностью сказать, что за последние сто лет в бытовом освещении не произошло существенных перемен. В домашних условиях классические газоразрядные лампы так и не прижились, поскольку требовали гораздо более сложной, громоздкой, дорогой и порой надоедливо гудящей схемы включения, а при запуске мигали. Конечно, они обеспечивали существенную по сравнению с лампами накаливания экономию энергии, но в быту комфорт важнее экономии… К слову, в некоторых случаях их применение было невозможно и на производстве – поскольку газоразрядной лампе практически не присуща инерция, в классической схеме включения она на самом деле не горит непрерывно, а включается и выключается сто раз в секунду. Казалось бы, что плохого? Ведь человеческий глаз достаточно инерционен, чтобы не замечать этого. Тем не менее, иногда это может быть просто опасно из-за так называемого стробоскопического эффекта: при определенном соотношении частот мерцания и вращения детали, например, на токарном станке, последняя может казаться неподвижной или вращающейся гораздо медленнее истинной скорости. В частности, если за один полупериод сети деталь будет делать полный оборот, при каждой вспышке лампы глаз будет видеть ее в одном и том же положении, а человеку будет казаться, что она неподвижна. Очевидно, чем может окончиться такая ошибка. Именно по этой причине светильники местного освещения рабочей зоны, которые можно наблюдать на станках, никогда не содержат газоразрядных ламп (ГОСТ 12.2.009-99).


(Wikipedia)

Конечно, современная схемотехника в состоянии решить все перечисленные проблемы (и достаточно успешно решает их в «сберегайках»). Однако к тому моменту, как это стало возможно, в мире освещения произошло событие, сравнимое с изобретением лампы накаливания – были изобретены и доведены до промышленного производства белые светодиоды.

Первое известное сообщение об излучении света твердотельным полупроводниковым прибором датируется 1907-м годом, когда Генри Раунд наблюдал свечение нетеплового характера при прохождении тока через контакт металла и карбида кремния; позже, в 1923-м году, Олег Лосев независимо пришел к тем же результатам и создал то, что уже можно было назвать светодиодом. Оба исследователя вполне оценили масштабы своих открытий, однако уровень науки того времени не позволил продвинуться дальше по пути применения обнаруженных эффектов для освещения. Первый светодиод, который смог покинуть лабораторию, был изобретен Ником Холоньяком в 1962-ом году. Тем не менее, до освещения было еще очень далеко – излучаемый свет был неярок и ограничивался красным и оттенками оранжевого.

Со временем ученые существенно улучшили характеристики светодиодов – расширили набор возможных цветов свечения вплоть до зеленого, повысили светоотдачу и яркость кристаллов. Но настоящий прорыв произошел в 1994-ом году, когда Сюдзи Накамура изобрел синий светодиод, подходящий для промышленного производства. Только тогда впервые стало возможно получить белое свечение, скомбинировав уже существующие красные и зеленые со свежеизобретенными синими кристаллами. Вскоре (в 1996-ом году) был изобретен и классический на сегодня белый светодиод – синий кристалл, покрытый люминофором, переизлучающим часть энергии синего света в желтой области. Именно так работают современные осветительные светодиоды – смешение синего света от синего кристалла и желтого от люминофора дает белый свет.


(Источник картинки)

Итак, будем считать, что исторический ликбез проведен. Теперь поговорим о том, какие же параметры есть у светодиодных ламп и зачем их надо мерять, ведь, казалось бы, светодиоды — чистый идеал освещения: долговечны, практически не нагреваются в отличие от ламп накаливания, почти не содержат вредных веществ в отличие от газоразрядных ламп; лучшие их экземпляры превосходят в эффективности газоразрядные лампы, худшие – как минимум гораздо эффективнее сравнимых ламп накаливания.

Однако понятно, что идеалов не бывает. У светодиодов тоже есть свои особенности, делающие технику их применения отдельным инженерным миром. Например, лампа накаливания совершенно спокойно работает при температурах в тысячи градусов – светодиоды очень требовательны к охлаждению: часто заявляемый срок службы в сотни тысяч часов (для сравнения – у лампочки накаливания около тысячи) достигается только при практически комнатной рабочей температуре, или, как минимум, чрезвычайно щадящем режиме. Эффективность светодиодов тоже зависит от качества их охлаждения. Как и газоразрядные трубки, светодиоды нельзя включить в сеть просто так – им нужна особая схема-драйвер, от качества которой напрямую зависит общее качество лампы. Отдельная проблема – обеспечение совместимости с традиционными светильниками. Геометрия лампы накаливания чужда светодиодам – охлаждение (в котором лампа накаливания не нуждалась) часто затруднено; ограниченность объема предъявляет серьезные требования и к габаритам драйвера, что тоже отражается на характеристиках.

Одним словом, природа светодиодов принуждает искать различные компромиссы при создании светильника на их основе. Поиск устойчивого идеала конструкции, для лампы накаливания завершившийся в первой половине двадцатого века, в случае светодиодов еще идет; потому сейчас на рынке одинаково часто встречаются как действительно хорошие продукты, так и явно неудачные модели. При этом, если с лампами накаливания все было просто, то светодиодные лампы обладают большим количеством характеристик, некоторые из которых незаметны «на глаз», а то и вовсе неочевидны для неискушенного человека, но при этом напрямую определяют качество лампы.

В целом, параметры светодиодных ламп можно разделить на две группы: световые и электрические. Внимание ко второй группе объясняется тем, что компактные люминесцентные и светодиодные лампы идеологически гораздо ближе к стиральным машинам, блендерам, бритвам и прочей более-менее сложной бытовой технике, чем к «просто лампочкам». С лампами накаливания все понятно – электрически это просто сопротивление, потому и долго мерять ничего не надо, все и так ясно. В интересующем нас случае мы, напротив, имеем дело с некоторой хитрой схемой, в конечном итоге вносящей ощутимый вклад в общую эффективность; потому игнорировать электрические параметры здесь никак нельзя.

К световым параметрам прежде всего относится полный световой поток лампы ([total] luminous flux). Если по-простому, характеризует, сколько же света она излучает в целом во все стороны. Параметр это интересный и полезный, однако надо сказать, что простому смертному он мало что поясняет. Измеряется поток в идеально сферическом фотометре (правда, не в вакууме), и потому к поведению лампы в обычном светильнике имеет несколько опосредованное отношение. Самое ценное для нас применение оного – сравнение разных ламп по светоотдаче (о которой далее). Единица измерения – люмен (lm).

С точки зрения пользователя гораздо более интересен такой параметр, как освещенность (illuminance) – показатель того, насколько ярко лампа что-то освещает. На самом деле это, конечно, не относится к характеристикам самой лампы, а зависит в том числе и от конструкции светильника, расстояния от него до освещаемой поверхности, расположения этой самой поверхности и прочего, вроде коэффициента отражения окружающих предметов. Поэтому как-либо обобщить его сложно. Измеряется освещенность в люксах (lux, lx). Уровни освещенности нормируются санитарными правилами и нормами.

Световая отдача (luminous efficacy) – важный параметр, световой КПД лампы. Показывает, сколько света лампа выдает на один Ватт потребляемой мощности. Измеряется в люменах на Ватт. Абсолютный теоретический предел световой отдачи равен 683 лм/Вт. Правда, эта цифра справедлива только для монохроматического источника зеленого цвета. Для источника белого света, который, разумеется, с позиций общего освещения интересен более всего, теоретический максимум составляет около 240 лм/Вт.

Цветовая температура (CT, CCT – [correlated] color temperature) – если по простому, показывает оттенок излучаемого света, от красноватого до синеватого. Измеряется в Кельвинах. Надписи на упаковках ламп «2700K», «4200K», «6500K» — это про нее. Почему цвет измеряется в единицах температуры? Смысл в следующем: если нагреть абсолютно черное (неотражающее) тело до указанной температуры, то оно будет светиться таким же цветом, как и тот световой прибор, на котором написаны эти цифры.

Цветовая температура 2700 — 3000 Кельвин соответствует классическому оттенку ламп накаливания. Лампы накаливания, к слову, и не дают в этом смысле особого выбора – свет в них получается в результате настоящего нагревания, а нагреть вольфрам до температуры более примерно трех тысяч Кельвин не получится — при 3700K он уже плавится, а нить накаливания в процессе работы все же должна сохранять достаточную механическую прочность. В светодиодных и люминесцентных лампах процесс получения света не связан с нагреванием непосредственным образом, потому возможно получение любого оттенка.

Для справки, цветовая температура около 4200K соответствует утреннему солнцу, а за 6500K принят стандартный дневной свет.

Коррелированная цветовая температура – термин, применяемый к источникам с линейчатым спектром (газоразрядные лампы), к которым классическое определение цветовой температуры, строго говоря, неприменимо. В смысле восприятия глазом означает то же самое.

Вообще, выбор цветовой температуры ламп для домашнего освещения – вопрос субъективный. Можно только порадоваться, что современные технологии дают нам возможность выбирать.

Индекс цветопередачи (CRI, color rendering index) – показывает, насколько цвета, наблюдаемые в свете искусственного источника освещения, будут близки к тем, которые мы наблюдаем при свете солнца. Измеряется в относительных единицах либо процентах; идеальное значение, соответствующее солнечному свету, – 100% или 1. Этот параметр – пожалуй самый субьективный из объективных параметров освещения. Тестируется он на специально определенных цветах, некоторые из которых имеют поэтичные описания вроде «цвет увядшей розы». Если говорить о его практической значимости, то дело вот в чем: наверняка многим знакомо ощущение, что лампа светит вроде как ярко, но при этом совершенно «не освещает». Именно за это отвечает индекс цветопередачи. В целом можно сказать, что все, у чего CRI выше 80%, будет именно освещать, а не просто светить.

Вообще же цветовая температура и индекс цветопередачи – субъективные по восприятию параметры. Так что тут просто надо пробовать и остановиться на том, что больше нравится.

Пульсации светового потока – из-за того, что напряжение в сети переменное, лампы могут мерцать. Низкочастотные пульсации плохи по многим причинам, одна из которых – упоминавшийся в «исторической» части стробоскопический эффект. Разумеется, производители всеми силами стараются сделать световой поток светильника как можно более равномерным. Измеряются пульсации светового потока в процентах; на пульсации также существуют санитарные нормы.

На этом со световыми параметрами ламп можно закончить и перейти к электрическим характеристикам. Из них наибольший интерес представляют КПД схемы управления и коэффициент мощности.

С КПД схемы управления все понятно – можно поставить в лампу самые лучшие светодиоды на свете, но свести все их преимущества в ноль схемой стабилизации тока, расходующей больше мощности, чем сами излучатели. Имеряется КПД, как известно, в процентах, вычисляется как отношение мощности на выходе к мощности на входе. Идеальное значение, разумеется, 100%.

Коэффициент мощности, «косинус фи» (PF, power factor) – более тонкая материя. Скажем так, он показывает, насколько разумно и аккуратно устройство распоряжается сетевой энергией. Дело в том, что, как уже говорилось, современная продвинутая лампа – это не резистор, потребление тока оной носит сложный характер; при этом потребляемый ток часто не совпадает по форме и фазе с сетевым напряжением. Не вдаваясь (пока что) в подробности скажу, что это приводит к хитрым эффектам, которые в глобальном масштабе могут доставить много головной боли энергетическим компаниям. По простому – чем больше коэффициент мощности, тем лучше. Измеряется он в процентах или относительных единицах, идеальное значение – 100% или 1. Единичный коэффициент мощности имеет простое сопротивление без емкостных и индуктивных составляющих. Для сети это самая дружелюбная нагрузка. Предельное значение коэффициента мощности, которое еще можно считать приличным, составляет 0,8 (ГОСТ 13109-97).

В целом, перечисленные параметры можно считать основными численными характеристиками, описывающими качество светильника. Конечно, сюда еще стоит добавить такие категории, как качество исполнения а также красота и «правильность» схемотехники, но это уже чисто субъективные соображения, которые, вообще говоря, находят некоторое отражение и в объективных параметрах. Кроме того, конкретно для светодиодных ламп необходимо оценивать и качество охлаждения, поскольку оно непосредственно сказывается на эффективности и сроке службы.

На этом пока что все. Если у читателей обнаружится интерес к предложенной мной тематике, то в следующих статьях мы оценим, как параметры, конструкция и схемотехника некоторых распространенных светодиодных ламп соотносятся с вечными идеалами.

Примечание

В связи с обилием в статье цифр и фактов, отдельно отмечу, что все утверждения, источник которых не указан явно, взяты из Википедии (англоязычной либо русскоязычной).

habr.com

Расчёт количества и мощности точечных светодиодных светильников

В этой статье я хочу поделиться методом расчёта освещения, который будет показан на примере моей кухни, где установлены точечные светодиодные светильники.

Содержание статьи:

Введение. Основные формулы

Для начала немного информации для общего развития. Освещённость поверхности – величина, равная отношению светового потока, падающего на малый участок поверхности, к площади этой поверхности. Освещённость измеряется в люксах (лк) Ниже приведена формула:

  • E – освещённость, лк
  • Ф – световой поток, измеряется в люменах, лм
  • S – площадь поверхности, кв. м

Тогда из данной формулы несложно выразить световой поток:

Именно на основании вышеуказанной формулы и будет производиться дальнейший расчёт.

Для расчёта количества светильников нам необходимо преобразовать формулу, чтобы учесть необходимые параметры. Вот как будет выглядеть нужная нам формула:

Мы видим, что в новой формуле добавились новые параметры, но и старые при этом сохранились:

  • ФN в отличие от Ф – это световой поток от одного светильника, лм.
  • N – количество светильников, шт.
  • К, Z и η – коэффициенты, но о них немного позже.

То есть по данной формуле мы можем рассчитать световой поток одного светодиодного светильника, а затем выбрать его марку.

Световой поток измеряется в люменах (лм), но не всегда указывается на упаковке лампы, так что в некоторых случаях придётся искать информацию на сайте изготовителя, а также вы можете воспользоваться таблицей №1, в которой указан ориентировочный световой поток лампы в зависимости от её мощности

Определяемся с целью расчёта

Нам нужно определиться, что мы хотим рассчитать:

  1. Мощность светильника, зная при этом количество, которое вы хотите поставить
  2. Количество светильников, зная марку и характеристики конкретного светильника

Для решения первой задачи используем вышеуказанную формулу.

Для решения второй задачи выражаем N через остальные параметры:

Задача №1 - расчёт мощности светильника

Я столкнулся c первой задачей. То есть я решил, каким образом будут располагаться светильники и для осуществления моей задумки, я расположил девять светильников в виде буквы «П»:

Соответственно мне необходимо было определить, каким световым потоком должен обладать светильник, чтобы обеспечить требуемую освещённость на кухне, а по световому потоку выбрать марку и модель светильника.

Для расчёта требуемого количества светильников нам необходимо знать нормативную освещённость, которая устанавливается СНиП 23-05-95* - «Искусственное и естественное освещение». Согласно данного СНиПа для кухни Ен=150 лк

Площадь моей кухни равна 5 кв.м, S=5

Количество светильников: N=9

Теперь осталось разобраться с коэффициентами:

К – коэффициент запаса, также как и нормативная освещённость принимается по СНиП 23-05-95 (для жилых помещений 1,4 – 1,5), я принял К=1,4

Z – коэффициент неравномерности, принимается в зависимости от типа ламп и находится в пределах 1,0-1,2, для светодиодных светильников допускается принять Z=1,0

η – коэффициент использования светового потока, зависит от индекса помещения, отражающих поверхностей и типа ламп. Вообще данный коэффициент принимается по специальным таблицам, их можно найти на сайтах производителей ламп. На данный момент, я смог найти таблицы только для люминесцентных и ртутных ламп, всё-таки светодиодные лампы только набирают обороты, и информации для расчётов практически нет, но при всём этом, одну из таких таблиц активно используют сайты, продающие светодиодное оборудование: вот один из них - http://diode-system.com/kak-rasschitat-kolichestvo-svetilnikov.html А если используют профессионалы, то почему бы не воспользоваться и нам?

Таблица коэффициентов использования светового потока:

Теперь нужно понять, как ей пользоваться. Мы видим, что коэффициент использования светового потока зависит от индекса помещения и от коэффициентов отражения поверхностей потолка, стен и пола. Для коэффициентов отражения приведены наиболее распространённые варианты. Например: схема 0,7-0,5-0,3 (четвёртый столбик таблицы) соответствует помещению с белым потолком, светлыми обоями, и напольным покрытием, которое темнее обоев (это наиболее распространённый вариант)

Примерные коэффициенты отражения приведены в таблице ниже:

Согласно таблицы, для моей кухни подойдёт схема 0,7-0,5-0,3

Теперь рассчитаем индекс помещения - i. Этот параметр напрямую зависит от габаритов помещения и высоты рабочей поверхности. Если рабочей поверхностью считают стол, то обычно hраб=0,8 м. Для кухни рабочей поверхностью является: стол, плита, столешница, мойка, а они, как правило, имеют высоту 0,8-1,0 м, поэтому я принимаю hраб=0,8 м

Теперь рассчитаем расчётную высоту. Расчётная высота – это расстояние от светильника до рабочей поверхности, в моём случае светильники точечные встраиваемые, то есть расчётная высота будет измеряться от плоскости потолка до рабочей поверхности:

Сам индекс помещения рассчитывается по формуле:

a и b – соответственно ширина и длина помещения.

Округляем индекс помещения в большую сторону из ряда: 0,6; 0,8; 1,00; 1,25 и т.д. (смотрите второй столбец таблицы). Соответственно я принимаю 0,8

Теперь у нас есть все данные, чтобы определить коэффициент использования светового потока, пользуемся таблицей и получаем, что η = 0,39

И так, подставляем все данные в формулу для определения светового потока одного светильника:

То есть световой поток одного светильника будет равен 299 люмен. Это ориентировочно светодиодные светильники мощностью 3,5-4 Вт (см. таблицу ниже)

То есть для моей кухни подойдёт 9 светодиодных ламп мощностью 3,5 - 4 Вт (≈ 299 лм). Заходим в интернет и находим светильники соответствующей мощности, на всякий случай смотрим такой параметр, как световой поток (чтобы он был не менее нашего расчётного).

Вот, что удалось найти сразу:

Самое главное не ошибитесь с типом лампы, её цоколем и патроном. В своих точечных светильниках я использовал лампы с типоразмером MR16 и цоколем GU-5.3

Задача №2 - расчёт количества светильников

Обратная задача. Как я уже говорил выше, может стоять другая задача, вы определились со светодиодными лампами, они вас устраивают по цене, вы знаете их характеристики, а вам нужно рассчитать кол-во таких ламп, чтобы обеспечить требуемую освещённость в помещении, тогда используйте формулу:

Только теперь вместо количества светильников, нам нужно подставить световой поток одного светильника.

Например, у вас в магазине появились дешёвые светодиодные лампы мощностью 3 Вт, световой поток которых 215 лм (лампа с такими параметрами действительно существует) и вы решили их приобрести. Пользуемся вышеуказанной формулой, все параметры остаются прежними:

Я думаю, что в данном случае можно округлить в меньшую сторону, то есть принять 12 ламп, чтобы расположить светильники в три ряда по четыре штуки.

remsovet.com

Что такое коэффициент мощности?

06 июня 2012

Коэффициент мощности — величина, равная отношению активной мощности P, потребляемой нагрузкой, к ее полной мощности S.

Полная мощность — это произведение действующих значений напряжения и тока:

S=U×I, измеряется в вольт-амперах (ВА).

Активная мощность измеряется в ваттах (Вт) и вычисляется по формуле:

P=U×I×λ, где λ — это коэффициент мощности.

Рассмотрим подробнее, что это такое.

Ранее, когда в основном встречались устройства с нагрузкой линейного типа (т.е. при синусоидальном напряжении нагрузка потребляла синусоидальный же ток), более распространено было понятие cosφ («косинус фи»), учитывающее разность фаз между напряжением и током (см. рис. 1).

Рис. 1. Разность фаз между напряжением и током.

Эта величина при условии линейности нагрузки определялась по той же формуле

cosφ=P/S, или из вида осциллограммы.

Однако если форма тока сильно отличается от синусоиды, такого параметра как cosφдля оценки качества потребляемой электроэнергии не достаточно, т.к. необходимо учитывать гармонический состав потребляемого тока (см. рис. 2).

Рис. 2. Кривая тока современного электронного прибора

Поэтому сейчас энергетики оперируют понятием коэффициент мощности.

Обозначается чаще всего λ («лямбда»), PF (Power Factor) или по старинке cosφ:

THD — Total Harmonic Distortion или КНИ (коэффициент нелинейных искажений) — коэффициент, определяемый отношением действующего значения первой гармоники тока к корню из суммы квадратов высших гармоник.

Математический смысл коэффициента мощности — это отношение интеграла произведения мгновенных значений напряжения и тока к произведению корней интегралов квадратов мгновенных значений тока и напряжения:

Физический смысл в том, что активная мощность (т.е. та, которую показывает ваттметр) не совпадает с полной мощностью, т.е. с произведением показаний вольтметра и амперметра, при отличии формы тока от формы напряжения или при несоответствии их фаз.

На рис. 3 хорошо видно, откуда вообще берется этот коэффициент: мгновенная мощность определяется как произведение мгновенного значения тока на мгновенное значение напряжения.

Рис. 3. Откуда берется коэффициент мощности

Т.е. какую-то часть периода (период Т=0,02 секунды при частоте 50 Гц) ток и напряжение совпадают по «знаку» (выделено синим вдоль оси) и их произведение дает положительную величину, а в остальное время (красным) напряжение, к примеру, больше нуля, а ток — меньше, соответственно их произведение меньше нуля. Активная мощность усредняется по периоду (интегрируется), т.е. в первом приближении алгебраически складываются все значения мощности за период и делятся на величину периода, т.е. будут слагаемые со знаком «+» и со знаком «–», поэтому в итоге сумма получится меньше, чем если бы ток и напряжение совпадали по фазе (см. рис. 4).

Рис. 4. Пример, когда ток и напряжение имеют одинаковую форму и совпадают
 по фазе - коэффициент мощности равен 1 (или 100%)

В случае с несинусоидальными токами при синусоидальном напряжении все немного сложнее, но смысл тот же — интеграл произведения тока на напряжение за период всегда меньше произведения действующих значений тока и напряжения. Суть в том, что высшие гармоники (т.е. составляющие тока, частота которых кратна основной частоте тока и напряжения) не создают активной мощности (по причине несовпадения частот с напряжением), но нечетные гармоники (3-я — частота 150 Гц, 5-я — частота 250 Гц, 7-я, 9-я и т.д.) создают полную мощность.

Для полноты информации наглядно поясним, что такое высшие гармоники:

1. Так будет выглядеть осциллограмма тока через обычный резистор 2200 Ом при работе в наших сетях (220 В, 50 Гц):

2. Так будет выглядеть ток с частой 150 Гц (т.е. 3×50 Гц — третья гармоника основной частоты) — синяя кривая. Красным цветом — основная частота или первая гармоника:

3. А так будет выглядеть ток, равный сумме 1-й гармоники и 3-й:

4. А если в составе тока будет много высших гармоник:

Примерно такая ситуация наблюдается в компактных люминесцентных и светодиодных лампах ввиду использования в схемах ЭПРА нелинейных элементов (транзисторы, диоды и т.д.). Это означает, что при тех же значениях активной мощности Р и напряжения U, нагрузочный ток энергосберегающих источников освещения больше, чем у ламп накаливания или галогенных.

Если, например, коэффициент мощности светодиодной лампы равен 0,5, то она потребляет в 2 раза больший ток, чем лампа накаливания той же мощности Р.

Потери мощности на нагрев проводов сети пропорциональны квадрату тока:

Таким образом, при соsφ=0,5 потери мощности в сети больше в 4 раза, чем при соsφ=1. Кроме того, генераторы и трансформаторы будут загружены током в 2 раза больше, и в этом случае требуется примерно в 2 раза большее сечение проводов для обмоток.

Отсюда видно, какое важное значение имеет величина соsφ:

– в электробытовых сетях: квартиры, дачи, частные дома;

– в промышленности: производство с жесткими лимитами электроэнергии;

– в бизнесе: офисы, торговые комплекты, склады;

– а также всюду, где стоит задача минимизировать затраты на электроэнергию.

Почему в нормативных документах требуется повышать коэффициент мощности?

Потому что низкий коэффициент мощности свидетельствует о том, что при низкой потребляемой (и оплачиваемой по времени) активной мощности, ваша нагрузка потребляет бесплатную полную мощность, т.е. фактически вы «гоняете по сетям бесплатный ток», а сетям все равно бесплатный ток или платный — провода греются и даже перегорают, перегружаются трансформаторы и прочее.

Например, известен случай: в одной Подмосковной теплице установили около тысячи КЛЛ на одну сеть — итог: выгорел нулевой провод (по нему при нормальных условиях и линейной нагрузке ток течь не должен вообще).

Поэтому, кстати, стандарты МЭК (стандарт международной электротехнической комиссии) и ГОСТ, соответственно, особенно требовательны к лампам высокой мощности (более 25 Вт).

shine.ru