Als je ooit in de war bent geraakt door termen zoals 'power factor', 'cosinus phi' of 'harmonischen' in het kader van een ledverlichtingsinstallatie, dan is dit hét artikel voor jou! Onze specialist Adriaan Van Nuffel legt het uit.

De rol van Cosinus Phi

Een elektrische installatie wordt gevoed met wisselspanning: AC. Daarbij wisselt de spanning (in volt) voortdurend van richting, met een sinusoïdaal profiel tot gevolg. Bij belasting van de installatie, bijvoorbeeld als we het licht inschakelen, zal er een stroom vloeien (in ampère). Die zal in het eenvoudigste geval - afhankelijk van het type lichtbron of elektrisch toestel - ook een sinusoïdale vorm aannemen.

Soms is er een verschuiving tussen het moment dat de stroom van richting wijzigt, en het moment dat de spanning dat doet. Deze faseverschuiving wordt gekwantificeerd door de 'cosinus phi'. In het ideale geval is er geen faseverschuiving, dan is de cosinus phi gelijk aan 1. De faseverschuiving ontstaat door inductieve of capacitieve elementen in de installatie.

Cos ɸ: het verband tussen spanning en stroom

Als de cosinus phi niet gelijk is aan 1, maar bijvoorbeeld 0.8, zal de installatie meer stroom van het net vragen om hetzelfde nuttige vermogen te leveren. Dat is niet goed, want een hogere stroom zal tot meer verliezen leiden omwille van opwarming van de elektrische kabels.

Harmonischen in de elektrische wereld

Tegenwoordig zijn veel elektrische apparaten - waaronder drivers van ledarmaturen - opgebouwd uit elektronische circuits die geen continue stroom, maar kortstondige pulsen uit het net trekken. Dit leidt tot een stroomprofiel dat niet meer sinusoïdaal, maar een irreguliere vorm heeft.

Deze onregelmatige vorm kan wiskundig omgevormd worden in een som van meerdere sinusoïdale profielen, waarvan de frequentie telkens een veelvoud van 50 Hertz is. Dit zijn de harmonischen: de eerste harmonische heeft een frequentie van 50 Hz, de derde harmonische van 150 Hz, de vijfde van 250 Hz, enzovoort. 

Enkel de eerste harmonische levert nuttig vermogen! (Omwille van een wiskundig principe dat verband houdt met de interactie van verschillende frequenties in sinus- en cosinusgolven.) Dit is het zogenaamde actieve, werkzame of werkelijke vermogen. De overige harmonischen zullen wél extra stroom van het net vragen, en daarom tot bijkomende verliezen leiden. Dit is het schijnbare, reactieve of blindvermogen.

Bovendien kunnen hogere harmonischen de werking van andere, op het net aangesloten apparaten, beïnvloeden.

Dit alles wordt gemeten met de THD (Total Harmonic Distortion), wat de som is van alle stromen van de hogere harmonischen, gedeeld door de stroom van de eerste harmonische.

THD: een maat voor stroomvervorming

Een perfect sinusoïdale stroom zal geen harmonischen hebben, en dan is THD gelijk aan 0. Wanneer de stroom gevraagd door de hogere harmonischen stijgt, stijgt ook de THD. 

De betekenis van de power factor (PF)

De power factor brengt zowel het effect van de harmonischen, als die van de cosinus phi in rekening. Hiermee evalueert men deze twee negatieve effecten in één getal: 

• De verschuiving van de stroom ten opzichte van de spanning (cosinus phi), 
• En de vervorming van de stroom, vergeleken met een perfecte sinus (THD).

Power factor: een balans tussen Cos ɸ & THD

In het ideale geval is de power factor gelijk aan 1. Als de cosinus phi te laag is, of the THD te hoog, zal de waarde van de power factor afnemen. 

ETAP-verlichting en de power factor

• Voor elektrische apparaten met een vermogen groter dan 25 watt (W) is, volgens de norm EN61000-3-2, een minimale PF van 0.9 vereist. De armaturen van ETAP met een vermogen boven 25W hebben daarom altijd een PF > 0.9.
   
• Het probleem situeert zich meestal bij vermogens lager dan 25 W. Deze kunnen een zeer slechte power factor hebben. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn voor telefoonladers, computers, televisieschermen… maar ook laagvermogen ledlampen (de residentiële markt), of minderwaardige ledtubes.
   
• Men zal geen problemen ondervinden als er slechts enkele toestellen zijn met een lage power factor. Maar: indien bij een volledige installatie de fluolampen vervangen worden door ledtubes met een slechte PF, zal dit te veel stroom van het net vragen. Dit kan de oorzaak zijn van springende zekeringen, extra elektriciteitskosten, enzovoort.

Meer weten?

In het artikel 'Wat betekent Power Factor', geschreven door Wouter Ryckaert (Laboratorium voor Lichttechnologie/Groen Licht Vlaanderen – KU Leuven Technologiecampus Gent), Koen Putteman (Eandis) en Dirk Van Kerckhoven (Infrax), kan je een meer uitgebreide uitleg vinden. Het lezen waard!