SCHEINLEISTUNG UND TRAFOAUSLEGUNG
für LED Leuchtmittel bei 12 V Wechselspannung
Optimale Trafo-Auslegung für LED Leuchtmittel bei Wechselspannung
Scheinleistung und Trafoauslegung in Kürze:
Die Scheinleistung spielt eine entscheidende Rolle bei der Auslegung von Trafos für LED-Leuchtmittel.
Neben der Nennleistung muss auch die Blindleistung berücksichtigt werden, um die gesamte Scheinleistung zu bestimmen. Ein optimaler Leistungsfaktor nahe 1 ist wünschenswert, um die Effizienz zu maximieren. Bei der Nutzung von 12V-Wechselspannung sollten spezielle Trafoempfehlungen beachtet werden, um Überhitzung und Defekte zu vermeiden. Bei dimmbaren LEDs steigt die Blindleistung, was die Planung zusätzlich erschwert.
SCHEINLEISTUNG UND TRAFO-AUSLEGUNG FÜR LED-LEUCHTMITTEL BEI 12 V WECHSELSPANNUNG
Um den Erhalt der Lebensdauer der LED-Leuchtmittel und Trafos zu gewährleisten, ist es von entscheidender Bedeutung, sich mit der Scheinleistung der LED-Leuchtmittel zu beschäftigen.
Unerwünschte Blindleistung:
LED-Leuchtmittel sind in der Regel, anders als Glühbirnen, keine idealen ohmschen Verbraucher, sondern zeigen je nach Bauart ein kapazitives oder induktives Lastverhalten. Dadurch kommt es zu einer Phasenverschiebung, und es entsteht im Betrieb mit Wechselspannung zusätzlich zur Nennleistung (= Wirkleistung) eine unerwünschte Blindleistung, die in VAr angegeben wird (früher Blindwatt).
Aus Blind- und Wirk- (= Nenn-)leistung wird Scheinleistung:
Aus dieser Blindleistung und der Nennleistung errechnet sich die Scheinleistung. Die Scheinleistung wird in VA angegeben und kann somit bequem mit den Leistungsangaben auf Wechselspannungstrafos, die ebenso in VA angeführt sind, abgestimmt werden.
Anmerkung:
Private bzw. Kleinverbraucher müssen die zusätzliche Blindleistung eines Leuchtmittels dem Energieversorgungsunternehmen nicht bezahlen. Die anfallenden Kosten für den hierfür notwendigen Ausbau des Leitungsnetzes (da immer mehr Blindleistung im öffentlichen Netz auftritt) werden auf alle Abnehmer aufgeteilt bzw. nur an die größten Verursacher von Blindleistung (Industriebetriebe bzw. auch Solarstromeinspeiser) verrechnet.
Definition Leistungsfaktor:
Das Verhältnis Nennleistung zu Scheinleistung ist der Leistungsfaktor (cos φ). Der Leistungsfaktor gibt an, welcher Teil der Scheinleistung in die gewünschte Wirkleistung umgesetzt wird. Im Falle von Gleichspannung ist dies in der Regel der Faktor 1. Je näher der Leistungsfaktor von elektronischen Verbrauchern bei Wechselspannung an λ 1 herankommt, desto besser und aufwendiger wurde die Elektronik konzipiert. Der marktübliche Leistungsfaktor von Trafos bewegt sich beispielsweise zwischen λ 0,6 und λ 0,95.
Trafo-Auslegung orientiert sich an der Scheinleistung
Bei Wechselspannung entsteht Blindleistung, da Strom und Spannung nicht synchron schwingen, im Gegensatz zur Gleichspannung, bei der der Strom in eine Richtung fließt und keine Phasenverschiebung besteht. In kapazitiven oder induktiven Lasten wie LED-Treibern können Strom und Spannung aus dem Takt geraten, wodurch die Phasenverschiebung entsteht und Blindleistung erzeugt wird. Diese Blindleistung fließt ständig hin und her, ohne nützliche Arbeit zu leisten, und belastet den Trafo, einen eventuell zusätzlich installierten Dimmaktor sowie die Elektronik der Leuchtmittel. Daher muss zur Trafoauslegung nicht nur die Nennleistung der Leuchtmittel, sondern auch die Scheinleistung berücksichtigt werden.
Definition Scheinleistung:
Die Scheinleistung ist eine Rechengröße und setzt sich aus der tatsächlichen Wirkleistung (P) und der zusätzlichen Blindleistung (Qtot) zusammen. Weiters wird sie über die Effektivwerte von elektrischer Stromstärke (I) und Spannung (U) definiert.
- S … Scheinleistung
- U … Spannung
- I … Stromstärke
- P … Wirkleistung
- Qtot … Blindleistung
Grafische Darstellung der Scheinleistung
Die Scheinleistung in der Elektrotechnik ist die Kombination aus Wirkleistung (nutzbare Energie) und Blindleistung (nicht nutzbare Energie) und wird in Voltampere (VA) gemessen. Eine Grafik mit einem Glas Bier kann das veranschaulichen, wobei das Bier die Wirkleistung und der Schaum die Blindleistung darstellt – zusammen ergeben sie die gesamte Scheinleistung.
Leistungsfaktor und Energieeffizienz: Der Leistungsfaktor, das Verhältnis von Nennleistung zu Scheinleistung, zeigt, wie effizient die elektrische Energie genutzt wird. Ein höherer Leistungsfaktor, nahe bei 1, weist auf eine bessere und effizientere Elektronik hin. Bei Wechselspannung liegt der marktübliche Leistungsfaktor von Trafos zwischen 0,6 und 0,95.
Wichtig: Trafo nie an seine Leistungsgrenze bringen!
Die sich ergebende Summe darf die Leistung des Trafos NICHT übersteigen. Dies führt zu Störungen, Ausfällen, Überhitzung und zu Defekten bei den Leuchtmitteln und selbstverständlich beim Trafo selbst. Das Ergebnis ist sodann die gesamt erforderliche Leistung in VA. Idealerweise rechnen Sie dazu noch mindestens 10 % Reserve hinzu, um den Trafo niemals an seine Grenze zu bringen.
Trafoauslegung – Tabelle
Auf den folgenden Seiten finden Sie unsere AR111, MR11 und MR16 LED Leuchtmittel mit Angaben zur Bemessungs-, Nenn-/Wirk- und Scheinleistung. Auf die Scheinleistung abgestimmt, empfehlen wir in den einzelnen Artikelboxen die entsprechende Anzahl an LED Leuchtmitteln, die an unsere beiden Wechselspannungs-Trafos angeschlossen werden können. So kommt es zu keinen Beeinträchtigungen, Störungen oder Ausfällen, die durch eine falsche Trafoberechnung/-auslegung verursacht werden können.
Bitte beachten Sie: Bei dimmbaren LED Leuchtmitteln erhöht sich die Blindleistung unabhängig von und disproportional zu den Dimmstufen teilweise um ein Vielfaches! Daher weisen wir darauf hin, sich an die hier von uns angeführten Angaben zu halten!
Um der Problematik mit der Scheinleistung aus dem Weg zu gehen, bietet sich zudem die Möglichkeit an, statt eines Wechselspannungs-Trafos einen (dimmbaren) Gleichspannungs-Trafo zu verwenden. Alle unsere 12 V LED Leuchtmittel im Programm können problemlos an DC betrieben werden! Beim Dimmen von LED-Leuchtmitteln wie AR111, MR11 und MR16 kann es zu einer Erhöhung der Blindleistung kommen. Hier sind die Gründe dafür:
- Nichtlineare Lasten und LED-Treiber:
Die LED-Leuchtmittel verwenden elektronische Vorschaltgeräte (Treiber), die nichtlinear sind und harmonische Oberwellen erzeugen. Diese Oberwellen verzerren den Stromfluss und erhöhen die Blindleistung. - Phasenanschnitt- und Phasenabschnittdimmer:
Dimmer, die einen Teil der Sinuswelle der Wechselspannung abschneiden, verursachen unregelmäßige Stromwellen. Diese unregelmäßigen Wellen führen zu einer Erhöhung der Blindleistung, weil sie die Strom- und Spannungsverhältnisse verschlechtern. - Kapazitive Eigenschaften von LED-Leuchtmitteln:
LED-Leuchtmittel und ihre Treiber haben kapazitive Eigenschaften, die dazu führen, dass der Strom der Spannung vorausläuft. Bei unterschiedlichen Dimmstufen kann sich die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ändern, was zu einer erhöhten Blindleistung führt. - Schwingkreise und Resonanzen erzeugen
Diese Resonanzen können die Blindleistung weiter erhöhen, besonders bei unterschiedlichen Dimmstufen. - Ungeeignete Dimmer und Trafos:
Wenn die Dimmer und Trafos nicht optimal auf die kapazitiven Eigenschaften der LED-Leuchtmittel abgestimmt sind, kann dies zu Instabilitäten und einer Erhöhung der Blindleistung führen.
Da die Blindleistung bei Wechselspannung entsteht, weil Strom und Spannung nicht synchron schwingen, kann die Verwendung von Gleichspannung (DC) dieses Problem lösen. Bei Gleichspannung gibt es keine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, daher tritt keine Blindleistung auf.
SCHEINLEISTUNG UND TRAFO-AUSLEGUNG FÜR LED-LEUCHTMITTEL BEI 12 V WECHSELSPANNUNG
Bemessungsleistung (= Lichtleistung) in Watt » ist die technisch mögliche Leistung der LED-Chips. Scheinleistung in VA » die Scheinleistung berücksichtigt die Blindleistung und dient als Berechnungsgrundlage für die Trafoauslegung.
Nennleistung (= Wirkleistung) in Watt » ist die tatsächliche Leistungsaufnahme in Watt. Trafoauslegung in VA » ist die maximal entstehende Scheinleistung aller angeschlossenen LED-Leuchtmittel an der Rechteck-Wechselspannung (ungedimmt).
AR111 G53 SPOT 11 W | 30°
Warmweiß: Art.-Nr. 111810
Neutralweiß: Art.-Nr. 111811
11,0 W Bemessungsleistung LED Chip
11,0 W Nenn-/Wirkleistung
16,5 VA Scheinleistung
NUR DC BETRIEB MÖGLICH – AUSSER 12 V AC BETRIEB MIT RINGKERN-TRAFO
MR11 LED 2,5 W | 30°
Warmweiß: Art.-Nr. 111716
2,0 W Bemessungsleistung LED Chip
2,0 W Nenn-/Wirkleistung
2,5 VA Scheinleistung
MR11 LED 2 W | DIFFUSE
Warmweiß: Art.-Nr. 111718
Kaltweiß: Art.-Nr. 111719
1,6 W Bemessungsleistung LED Chip
1,6 W Nenn-/Wirkleistung
2,0 VA Scheinleistung
MR11 LED 4 W | DIFFUSE | DIMMBAR
Warmweiß: Art.-Nr. 111973
Neutralweiss: Art.-Nr. 111974
4,0 W Bemessungsleistung LED Chip
3,6 W Nenn-/Wirkleistung
4,3 VA Scheinleistung
MR11 LED STRAHLER COB 3 W | 38° | DIMMBAR
Warmweiß: Art.-Nr. 111807
3,0 W Bemessungsleistung LED Chip
2,6 W Nenn-/Wirkleistung
3,2 VA Scheinleistung
MR16 LED STRAHLER 6 W | GLAS | DIFFUSE
Warmweiß: Art.-Nr. 112339
Neutralweiss: Art.-Nr. 112340
6,0 W Bemessungsleistung LED Chip
6,1 W Nenn-/Wirkleistung
7,2 VA Scheinleistung
MR16 LED STRAHLER 6 W | GLAS-COB | 70° DIMMBAR
Warmweiß: Art.-Nr. 112036
6,0 W Bemessungsleistung LED Chip
5,3 W Nenn-/Wirkleistung
6,7 VA Scheinleistung
Antworten zu Scheinleistung & Trafo-Auslegung
Die Scheinleistung ist eine Rechengröße, die sich aus der tatsächlichen Wirkleistung (P) und der zusätzlichen Blindleistung (Q) zusammensetzt. Sie wird in Voltampere (VA) angegeben und ist entscheidend für die Dimensionierung von Transformatoren.
LED-Leuchtmittel sind keine idealen ohmschen Verbraucher und zeigen je nach Bauart ein kapazitives oder induktives Lastverhalten. Dies führt zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, wodurch zusätzlich zur Wirkleistung eine unerwünschte Blindleistung entsteht. Diese Blindleistung muss bei der Auswahl des Trafos berücksichtigt werden, da sie die Belastung des Trafos erhöht und zu Überhitzung oder Defekten führen kann.
Um die Scheinleistung zu berechnen, addieren Sie die Wirkleistung (in Watt) und die Blindleistung (in Voltampere reaktiv, VAr). Die resultierende Scheinleistung wird in Voltampere (VA) angegeben und sollte die maximale Leistung des Trafos nicht überschreiten.
Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis der Wirkleistung zur Scheinleistung. Ein Wert nahe 1 bedeutet, dass die Energie effizient genutzt wird. Bei LED-Leuchtmitteln sollte der Leistungsfaktor möglichst hoch sein, um die Belastung des Trafos zu minimieren und die Lebensdauer zu verlängern.
Die Anzahl der anschließbaren Leuchtmittel hängt von deren Scheinleistung und der maximalen Leistung des Trafos ab. Es ist wichtig, die Gesamt-Scheinleistung der angeschlossenen Leuchtmittel zu berechnen und sicherzustellen, dass sie die Kapazität des Trafos nicht überschreitet.
Bei dimmbaren LED-Leuchtmitteln steigt die Blindleistung mit zunehmender Dimmung, was die Planung erschwert. Daher sollte bei der Auswahl des Trafos die maximale mögliche Blindleistung berücksichtigt werden, um Überlastungen zu vermeiden.
Ein Betrieb des Trafos an seiner maximalen Leistung kann zu Überhitzung, Störungen und vorzeitigen Ausfällen führen. Es wird empfohlen, stets eine Reserveleistung von mindestens 10 % einzuplanen, um einen sicheren und langlebigen Betrieb zu gewährleisten.
Ja, bei Gleichspannung gibt es keine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, wodurch keine Blindleistung entsteht. Daher kann bei Gleichspannungsbetrieb die Scheinleistung gleich der Wirkleistung sein, was die Auswahl des Trafos vereinfacht.
ISOLED bietet Tabellen, die die Scheinleistung verschiedener LED-Leuchtmittel auflisten und Empfehlungen für die Anzahl der anschließbaren Leuchtmittel je nach Trafo-Modell geben. Diese Tabellen helfen bei der sicheren Planung und Vermeidung von Überlastungen.
Eine falsche Dimensionierung kann zu Überhitzung, Störungen, vorzeitigen Ausfällen der LED-Leuchtmittel und des Trafos sowie zu erhöhtem Energieverbrauch führen. Eine sorgfältige Planung und Auswahl des richtigen Trafos ist daher unerlässlich.
Ja, ISOLED stellt umfangreiche Informationen, Tabellen und Empfehlungen zur Verfügung, um bei der Auswahl und Dimensionierung des richtigen Trafos für Ihre LED-Beleuchtung zu unterstützen. Bei weiteren Fragen steht das ISOLED-Team gerne zur Verfügung.
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