浅谈节能灯及LED灯的负荷特征

浅谈节能灯及LED灯的负荷特征

赖昌华

广东省韶关市质量计量监督检测所广东韶关512000

摘要：家用电器是体现人民生活水平高低的一个重要标志，可以说我们现在的生活已经离不开家用电器。传统发光效率低的照明设备已经无法满足人们的需求，节能灯、LED灯应运而生。基于此，本文将对节能灯、LED灯的的原理进行分别阐述，并以仿真建模的方式对二者的负荷进行探索，进而对节能灯、LED灯进行具体分析，旨在能够进一步掌握当前节能灯、LED灯的特征，为进一步优化电力系统提供具体参考，并全面落实低节能、环保的理念。

关键词：节能灯；LED灯；负荷特征

前言：电子技术已经广泛应用在照明设备之中，最为显著的就是节能灯、LED灯。但是，将电力电子设备与节能灯、LED灯连接起来，就影响其自身的运行负荷，所以并不能继续按照分析传统照明设备负荷的方式进行分析，否则将会影响分析的结果。对此，为了得出科学、准确的结果，就需要通过仿真的方式进行分析。

1、节能灯负荷分析

1.1节能的原理

对于节能灯而言，其最为主要的部件就是电子镇流器，由多种部件构成，如电磁干扰滤波电路（EMI滤波器）、逆变电路、功率因数校正电路、启动电路、其具体的原理如下：

（1）EMI滤波器。排除当前电网对设备的电磁干扰，并避免设备的电磁干扰影响电网运行，充分发挥其自身的双向隔离的效果。

（2）逆变电路。根据连接功率开关管方式的差异，可以将逆变电路分析4种不同的类型。

（3）功率因数校正电路。与传统的无源功率因数相比，有源功率因数能够有效提高设备的功率因数，同时还可以降低谐波污染。

（4）启动电器。启动电路主要包括脉冲变压器式启动电路、谐振启动电路、电子触发器式启动电路，其中谐振启动电路的结构简单，应用最为广泛，对于稳定照明系统具有重要作用。

（5）控制电路。节能灯在工作的过程中，需要利用恒功率进行控制。间接控制、直接控制是恒功率控制的两种方式。第一点，间接控制。主要是对前级输入功率的恒定进行有效控制，这时假设整个电路系统中的总耗散功率保持在一定水平之内，那么灯运行的功率也会保持不变。这种电路控制方法比较简单，成本较低，因此在市场中得到了广泛应用；第二点，直接控制。相关人员对灯的电流、电压进行检测，通过检测对电路的功率进行有效控制。此种方法需要进行两个检测回路，工作人员需要对流过灯的电流以及灯两端的电压进行相应的检测，并对检测结果进行相应的处理，从而计算出功率值，通过功率值对电流进行有效控制，实现控制负载功率恒定的目的。

（6）整流电路

整流电路的类型相对较多，单个照明设备应用的功率相对较小，一般将不可控整流电路应用在输入端。通常应用比较普遍的是以二极管为开关器件的桥式整流器，相关人员会根据具体情况应用半波整流器。

1.2节能灯的建模

对节能灯进行仿真建模，从而得出于节能灯负荷的分析结果。在试验的过程中，将电源接入节能灯，此时在1s时间的位置，节能灯前置电压将会从220V直接降低，将电压的数值保持在176V左右，并在后续的时间保持稳定不变。对有功功率、无功功率进行具体分析如下：

（1）节能灯的有功功率。电路的电压从开始的220V下降到176V，正是在电压发生跌落情况下，有功功率的响应时间也会发生变化，即在1s的时间，由原本的500p/W，下降至380p/W，但是随即会上升，在保持480p/W左右，波动较小，基本处于稳定状态。

（2）节能灯的无功功率。由于电路的电压从开始220V下降至176V，那么无功功率所发需要响应会随之上升，当电源接入节能灯以后，在1s时间的位置上，无功功率的响应波动频繁，同时幅度相对较大，但是其数值基本均小于0。当1s以后，电压趋于平稳，无功功率的响应波动频率降低，幅度减小。

2、LED灯负荷分析

2.1LED灯的原理

LED灯属于电致发光二极管，但LED灯有很多不同的特性：导通以前，几乎没有任何电流在LED灯中通过，但一旦正负极的电压差比接通电源时大，LED灯的电流就迅速上升，出现发光的现象。但是LED灯驱动中没有启动电路、逆变电路。在运行的过程中，LED灯光的输出值与平均电流呈现在相关的关系，因此最好将恒流驱动作为其主要的驱动方式。LED灯的驱动分为2种不同的类型，包括直流方式，脉冲宽度调制方式。相比之下，脉冲宽度调制方式的调光精度相对较高，同时其自身色偏小，在LED灯的驱动之中基本以脉冲宽度调制方式为主。相关人员按照直流电路的调节方式将其分为开关调节器方式、线性调节方式两种。现阶段市场中的LED驱动方式主要是开关型恒流电路，这与传统电压型变换器有着明显的差异。于开关型恒流电路而言，主要是对电流进行相应的控制，并不是控制电压，因此开关型恒流电路反馈量并不是传统电压信号。开关型恒流电路会根据电流的具体情况科学的选择拓扑结构，因此可以将其应用于宽输入电压范围。于开关型恒流电路而言，其效率相对较高，并且可以达到良好的恒流效果，但是在应用的过程中需要增加调节电路，因此其使用成本相对较高。

2.2LED灯的建模

需要积极引进先进的技术方式，对LED灯进行仿真建模，从而得出关于LED灯负荷的分析结果。根据仿真建模结果，以试验的方式对LED灯的负荷进行汇总、分析。在试验的过程中，将电源接入LED灯以后，在1s时间的位置，LED灯前置电压将会开始的220V直接降低，最终将电压的数值保持在132V，并在后续的时间保持稳定不变。对有功功率响应，无功功率响应进行分析，得出节能灯负荷功率的实际变化，具体内容如下：

（1）LED灯的有功功率。在运行的过程中，由于电路的电压从开始的220V下降至132V、LED灯有功功率的响应时间也会随着电压的跌落而发生变化，即在1s的时间，由原本的280p/W，下降至170p/W，但是在1.2s时上升为310p/W，然后再随即下降并保持270p/W左右。

（2）LED灯的无功功率。在运行的过程中，就当LED灯的运行状态而言，其所具有的无功功率处于负值状态，也就是说当LED灯的发出无功时，由于电路的电压从开始220V下降至132V，那么无功功率所需要响应会随之上升，但是幅度较小。这一点与节能灯较为相似。具体而言，当电源接入LED灯以后，在1s时无功功率的响应波动频繁，同时幅度相对较大，但是其数值基本均小于0.当1s以后，电压趋于平稳，此时无功功率的响应波动频率降低、幅度也随着减小。

同样，为了对上述实验，分析的结果进行验证，提高对LED灯负荷分析的科学性、准确性，可以进行实际动模实验。具体来说，实际动模实验的过程中，电压在1s同样有开始的220V下降到132V，同时有功功率、无功功率的实际响应也在随之发生变化，验证了上述LED灯负荷分析的结果。这说明LED灯的负荷与传统的照明设备之间，也存在明显的差异，所以为了能够将LED灯更好的应用在生活、生产中，就需要对传统的电力系统进行完善，为LED灯的应用奠定基础。

3、结语

综上所述，当前传统的电力系统并不能满足节能灯、LED灯额负荷需求，因此需要对二者负荷进行实际分析，研究结果发现，节能灯、LED灯与传统照明设备的负荷存在较大差异，影响电力系统运行的稳定性。所以，为了能够将扩大节能灯、LED灯的应用范围，就需要结合文中的方式对其进行优化。

参考文献：

[1]万婧，陈佳军，张丽鹤，节能灯、白炽灯和卤钨灯全生命周期评估对比，环境保护科学。

[2]阮晓颖，傅红，张旭慧，杨章萍，王菁，半定量评估法在节能灯生产行业职业危害风险评估的应用