OliNo

Duurzame Energie

Metingen aan de ledlampen en voeding in de vitrinekast

Geplaatst door Marcel van der Steen in Ledlampen Geef een reactie

Wat is nu het werkelijke verbruik van de led + voedingsunit? En wat mogen we geloven van de gegevens van de fabrikant aangaande de power factor? Lees verder hoe we vaststellen wat deze werkelijke waardes zijn en hoe ze te vergelijken zijn met de gegevens van de fabrikant. Ook berekenen we wat de efficientie is van de powerunit, en ook die vergelijke we met de waarde opgegeven door de fabrikant.

Thumbnail van meetresultaat



De meetopstelling

Hierover kan ik kort zijn; de meetopstelling is dezelfde als aangegeven in het artikel “Metingen verbruik nieuwe server”. De belasting in dit geval bestaat uit de voedingsunit voor de leds en 0, 1 danwel 2 leds als belasting. Dankzij Vincent was deze meetopstelling weer mogelijk.
We hebben de voedingsspanning (van het net) gemeten, evenals de opgenomen stroom. Er zijn voor een periode (bij een 50 Hz net wat wij hebben, duurt een periode 20 ms) 250 samples genomen, en daarmee gaan we rekenen.

Ook heb ik de twee leds gemeten met een simpele vermogensmeter van Conrad.

De meetresultaten

Een plaatje met de stroom en de spanning

Ik zal beginnen met een plaatje van de gemeten spanning en de opgenomen stroom.

Plaatje met meetresultaten van meting aan twee leds

De spanning is zoals we verwachten, namelijk een mooie sinus met een maximale spanning van iets boven de 300 V. Dit levert een effectieve spanning van ongeveer 230 V. De stroom heeft een ruwe vorm (niet een mooie sinus), wat naar wij aannemen door het schakelende gedrag van de voedingsunit komt. Wat me echter meer opvalt is dat de stroom iets voorloopt op de spanning! Dit betekent dat het net een capacitieve belasting ziet (stroom loopt voor op de spanning). Ik had toch eigenlijk verwacht dat dit fase verschil wel zou worden gecorrigeerd door de fabrikant van de voedingsunit, maar blijkbaar niet (genoeg), en hier kom ik nog op terug.

Het faseverschil

Willen we weten hoeveel de stroom voorloopt op de spanning, dan is dat niet goed te zien aan de stroomgrafiek, aangezien het niet een mooie sinus is. Zou het een mooie sinus zijn, dan konden we het tijdsverschil meten tussen de nuldoorgang van de stroom en die van de spanning. Met dit tijdsverschil kunnen we dan het faseverschil bepalen (hint: een volledige periode van 20 ms is gelijk aan 360 graden).

Berekening van de grondharmonische van de stroom

De grondharmonische van de stroom is het gedeelte van de stroom dat dezelfde frequentie heeft als de opgedrukte spanning (hier dus 50 Hertz). Nu het leuke, we kunnen de grondharmonische van de stoom bepalen door gebruik te maken van wat Fourier kennis. Fourier stelde al dat iedere periodieke functie weergegeven kon worden door een sommatie van sinussen en cosinussen:

Formule met fourier benadering van f(t)

Nu zijn wij geïnteresseerd in de termen met a1 en b1, omdat deze de grondharmonische voorstellen. We hebben zodoende a1 en b1 berekend:

Formule ter bepaling van a1

Je ziet hoe ik de meetgegevens gebruik in de formule. De dt vervang ik door de tijdseenheid van samplen: 250 samples op 20 ms is 80 microseconden. De omega in de formule is gelijk aan 2 x pi x 50 en het tijdstip t in de cosinus is gelijk aan n x 80 microseconden. Verder stelde ik al dat ik 250 samples had over 1 periodetijd. Dus neem ik de som van 250 meetwaardes. Iedere meetwaarde van de stroom wordt vermenigvuldigd met de cosinus van het overeenkomstige tijdstip en alle 250 waardes gesommeerd. Voor de waarde b1 doe ik hetzelfde, alleen dan staat er voor de cosinus een sinus.
De resultaten van a1 en b1 en daarna de formule voor de grondharmonishe worden hier gegeven:

De grondharmonische

Het is natuurlijk nog mooier om de grondharmonische te tekenen zodat deze kan worden vergeleken met de ruwe stroomvorm:

Plaatje met meetresultaten van meting aan twee leds en grondharmonische

Weer terug naar het faseverschil

Nu kan bepaald worden wanneer de 1e harmonische door de nuldoorgang gaat, en hoeveel in tijd dit verschilt met de spanning. Dit blijkt 2,64 ms te zijn. Het faseverschil wordt normaal uitgedrukt in graden, en de periodetijd van 20 ms is 360 graden. Dan geldt dus dat 2,64 ms is 48 graden.

Berekeningen aan de meetgegevens

Nu zijn we zover dat we van alles kunnen berekenen. Uit de meetsamples van de stoom en de spanning kunnen we het werkelijke vermogen P berekenen (zie ook het artikel “Metingen verbruik nieuwe server“) en het schijnbaar vermogen S. Tevens de power factor PF. Ook kunnen we, aan de hand van de eerste harmonische, de cos PHI uitrekenen, wat een simpele benadering is van de power factor, en die alleen waar is wanneer de stroom werkelijk sinusvormig zou zijn (wat deze niet is maar we kunnen kijken of het voor de power factor veel zou uitmaken). Ik vertel er nog even bij dat we gemeten hebben bij twee leds, bij een led, en bij geen led als belasting.

meetopstelling P [W] PF cos PHI P_Conrad [W]
2 leds belasting 3,7 0,62 0,68 7,9
1 led belasting 2,6 0,53 0,61
open uitgang 1,8 0,49 0,57

Berekening van de efficiëntie van de voedingsunit

Het artikel “Ervaring met een ledlamp als vintrinekastverlichting II
laat zien dat de fabrikant een efficiency opgeeft van 80 %. Ik neem aan dat dit berekend wordt als het vermogen door de leds opgenomen gedeeld door het totaal aan opgenomen vermogen (leds + voedingsunit) en dit weer uitgedrukt in procenten. We geven de grafiek van de efficientie, waarbij we de eerste drie metingen echt uitgevoerd hebben (0, 1 en 2 leds). Daarna gaan we ervan uit dat de voeding 1,8 W verbruikt, en de leds 1 W per stuk.

Plaatje efficiency bij meerdere leds

Zoals je ziet, wordt de 80 % efficiëntie wel gehaald, maar pas vanf 7 leds.

Conclusies

  • Met de goedkope meter van Conrad, waarmee je vermogen kon meten, mat ik ruim tweemaal teveel. Niet betrouwbaar voor lage vermogens, danwel niet betrouwbaar wanneer de powerfactor niet dichtbij 1 is.
  • De specificatie van de fabrikant van de voeding geeft aan dat de powerfactor > 0,9 moet zijn, echter dit is deze bij lange na niet. We meten wel dat deze beter wordt bij meer leds als belasting en misschien komt deze PF nog in de buurt van 0,9 wanneer ik er 15 leds aanhang (maximum volgens speficatie, want max 15 W) alleen zoveel leds had ik niet. De powerfactor van de voeding van onze ledjes, zoals beschreven in het artikel “ervaringen met een ledlamp” artikel, haalde ook bij lange na niet de gespecificeerde waarde van de fabrikant. Mijn conclusie zover is dat de door de fabrikant opgegeven powerfactor waarde niet te vertrouwen is. Gelukkig hoeven wij als kleinverbruiker niet te betalen voor onze afgenomen reactieve vermogens.
  • Het verschil tussen de cos PHI en de PF wordt kleiner naarmate we meer leds aansluiten. Dit is te verklaren doordat de opgenomen stroomcurve steeds beter op een sinus gaat lijken.
  • Het werkelijk netto opgenomen vermogen van de voeding en de twee leds vind ik lekker laag, en de lichtopbrengst in dit geval acceptabel.
  • Bij weining leds, lever je verhoudingsgewijs veel energie in voor alleen de voedingsunit. Echter, de 1,8 Watt die het blokje verbruikt is niet veel te noemen.

Toegift

Als laatste nog hierbij plaatjes van de metingen.

Plaatje met meetresultaten van meting aan twee leds

Plaatje met meetresultaten van meting aan een led

Plaatje met meetresultaten van meting aan alleen voeding

5 Reacties to “Metingen aan de ledlampen en voeding in de vitrinekast”

  1. jeroen Says:

    Marcel, hoeveel Watt zou de led (volgens de fabrikant) eigenlijk verbruiken? Mischien interessant om deze informatie toe te voegen aan de tabel.

  2. Jeanne Eisenhut Says:

    Very interesting, Marcel, about the energy savings that you achieved with your ledlamps. I look forward to the day that your website is in English, as I’m sure you will attract a much bigger audience, including many people who are very interested in preserving our energy resources. In the U.S.A., energy costs are skyrocketing. Your article really points out how a small change in the type of lighting you use can really add up to big savings. Looking forward to your next article. (Very impressive formulas, by the way.)

  3. Victor Zwanenberg Says:

    Mijn ervaring met Power Factor/harmonische metingen is,dat een nauwkeurige meting alleen mogelijk is waneer een betrouwbare, geijkte power meter tesamen met een geconditioneerde netspanning wordt gebruikt. Ook indien de golfvorm van de spanning op de scoop sinusvormig lijkt kan er nog sprake zijn van aanzienlijke afwijkingen, oa. door niet ohmse belastingen op dezelfde groep/fase. Zonder juiste meetopstelling en apparatuur is het niet verstandig om vergaande conclusies aan de gedane metingen te doen. Verder mijn lof op het initiatief voor het onderzoek. Ik denk dat ook consumentenorganisaties en electriciteitsleveranciers in de nabije toekomst onafhankelijk onderzoek zullen moeten doen, danwel laten doen naar de netbelasting, vermogensopname en lichtstroom van diverse nieuwe verlichtingsartikelen.

  4. mvdsteen Says:

    Victor, de meetapparatuur is geijkt, dus dat heeft een bepaalde maximale fout. Je spreekt over een sinusvorm op de scoop, waarbij er nog sprake kan zijn van aanzienlijke afwijkingen. Aangezien ik iedere sample afzonderlijk heb genomen om berekeningen uit te voeren, waarom zou ik uit de resulaten geen conclusies mogen trekken?

  5. Bart Markus Says:

    Als inbedrijfsteller van laag, midden en hoogspanningsinstallaties heb k regelmatig te maken met netanalyses, nu hebben een paar collega’s en ondergetekende een proefopstelling gemaakt met een 230v led lamp en hier een netanalyse op losgelaten. Het resultaat was dat er over ca 80% van de belastingstroom een 3e harmonische stroom ging lopen met een pf van onder de 0,4. Dit betekent dat wanneer er massaal gebruik gemaakt gaat worden van ledlampen, we het net dusdanig gaan vervuilen / belasten met harmonische verstoringen dat er in mijn ogen op de lange termijn geen of weinig energie winst gehaald kan worden uit het gebruik van ledlampen. Met andere woorden we moeten als consument critisch blijven als het om zogenaamde opgedrongen energie besparende maatregelen gaat. Denk hierbij aan spaarlampen en ledlampen vs gloeilampen. Want is er wel eens nagedacht over wat een gloeilamp aan stralingswarmte en sfeer meebrengt in verhouding tot de toch wat kille koude spaar/ledlamp, De gloeilamp geeft oa geen net vervuiling (ohmse belasting, pf 1), de spaarlamp geeft een zeer onreglmatig beeld als het gaat om netvervuiling (geschakelde voeding pf ca 0,5). Dit is overigens geen anti led / spaalamp betoog. Ik wil alleen aangeven dat het niet allemaal zo roskleurig is als het voorgespiegeld wordt door de fabrikanten / regering / milieuactivisten.

Geef een reactie

 

WP Theme & Icons by N.Design Studio
Gebruiksvoorschriften | Privacybeleid Adverteren Entries RSS Comments RSS Log in