探討LED燈具的功率因數(shù)(一)

功率因數(shù)從來(lái)不是什么問(wèn)題，過(guò)去國(guó)家有規(guī)定，要功率超過(guò)75瓦才有功率因數(shù)的要求(到現(xiàn)在為止，對(duì)于筆記本電腦還是規(guī)定75W以下無(wú)功率因數(shù)要求)。所以從來(lái)沒(méi)有對(duì)燈具提出過(guò)什么功率因數(shù)的要求。就像日光燈吧，功率因數(shù)都是很差的，從來(lái)也沒(méi)有人提出過(guò)意見(jiàn)，國(guó)家也沒(méi)有提出什么要求。后來(lái)有了節(jié)能燈，國(guó)家雖然提出了一個(gè)要求，但是非常寬松，對(duì)15瓦以上才有要求，而節(jié)能燈大多數(shù)是小于15瓦的。所以等于沒(méi)有提出要求。唯獨(dú)出現(xiàn)LED燈具以后反而嚴(yán)格要求起來(lái)了，只有在5瓦以下才不要求，5W以上必須要求功率因數(shù)>0.7。而LED燈具除了很小的MR16射燈是3瓦以外，絕大多數(shù)都是在5瓦以上。所以這個(gè)規(guī)定正好卡住了LED的脖子。那么，讓我們仔細(xì)來(lái)了解一下有關(guān)功率因數(shù)的問(wèn)題吧!

什么是功率因數(shù)

我們知道所有發(fā)電機(jī)都是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，產(chǎn)生的電壓就是正弦波，這就是我們所謂的交流電。交流電有一個(gè)好處就是通過(guò)電磁感應(yīng)可以用變壓器來(lái)改變其電壓，而且可以升高到幾十萬(wàn)伏進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸以減小傳輸中的損耗，到目的地以后再降下來(lái)變成我們常用的市電。我們現(xiàn)在的市電就是220V，50Hz的交流電。而在電工學(xué)里交流電是可以用矢量來(lái)表示的。矢量可以表示電壓也可以表示電流。對(duì)于純電阻的負(fù)載，電壓和電流是同相的，而對(duì)于純電容負(fù)載或純電感負(fù)載，電流和電壓就不同相，而是有一個(gè)90度的相角，或者稱為相位差。在純電感負(fù)載時(shí)，其上的電壓是領(lǐng)先電流90度，而純電容負(fù)載時(shí)，其上的電壓落后于電流90度。

如果我們用波形表示時(shí)，通常把電壓表現(xiàn)為余弦波，如果電流落后于電壓，就是電感性負(fù)載，領(lǐng)先于電壓就是電容性負(fù)載。

圖1. 電感性負(fù)載的交流電壓和交流電流之間的關(guān)系

因?yàn)閷?shí)際上純電感和純電容都不存在的，實(shí)際的負(fù)載只能稱為電感性負(fù)載或者是電容性負(fù)載。這時(shí)候其交流電壓和交流電流之間就有一個(gè)夾角φ，對(duì)于電感性負(fù)載我們把這個(gè)夾角稱為φL，而對(duì)于電容性負(fù)載的夾角就稱為φC。(見(jiàn)圖2)

圖2. 電感性負(fù)載和電容性負(fù)載電壓和電流的矢量表示法

功率等于電壓和電流的乘積，但是只有在純阻負(fù)載的時(shí)候(電壓和電流同相)是這樣，而在電感性或電容性負(fù)載的時(shí)候就要把電流的矢量投影到電壓矢量(水平軸)上去，也就是要乘以cosφL或者cosφC。我們通常就把這個(gè)cosφL或者cosφC稱為功率因數(shù)。

但是由于這個(gè)夾角可以是正的，也可以是負(fù)的，所以功率因數(shù)也是可能為正數(shù)(感性負(fù)載)也可能為負(fù)數(shù)(容性負(fù)載)。

但是當(dāng)我們用矢量來(lái)代表電壓和電流時(shí)，前提是它們的頻率必須是完全相同的。而且是在一個(gè)線性系統(tǒng)里。

在線性系統(tǒng)里我們也會(huì)把功率因數(shù)用有功功率和視在功率之比來(lái)表示。所謂有功功率就是和電流同相的那部分電壓和電流的有效值的乘積。而視在功率就是不考慮其間的相位差而將電壓和電流的有效值直接相乘所得到的“功率”。而這二者之比顯然就是前面所說(shuō)的相角的余弦cosφ。[!--empirenews.page--]

各種家用電器的功率因數(shù)

有人測(cè)試了各種家用電器的功耗和功率因數(shù)，其結(jié)果如下。

這些數(shù)據(jù)當(dāng)然僅供參考而已。

需要說(shuō)明的是：

1.凡是電熱電器功率因數(shù)都是等于1，因?yàn)樗鼈兌际请娮柝?fù)載。

2.凡是帶馬達(dá)的家用電器(大多數(shù)白色家電)都是感性負(fù)載。

3.凡是帶變壓器的家用電器(電視機(jī)、音響)也都是感性負(fù)載。

4.24小時(shí)連續(xù)工作的電冰箱是一個(gè)耗電很大、功率因數(shù)很低的感性負(fù)載。

5.其中的照明燈具因?yàn)橹饕前谉霟?，所以功率因?shù)才會(huì)接近1。

各種燈具的功率因數(shù)

我們知道白熾燈因?yàn)槭且粋€(gè)純電阻，它的功率因數(shù)當(dāng)然等于1。但是使用越來(lái)越多的日光燈和最近國(guó)家大力推廣的節(jié)能燈就不是這樣了。長(zhǎng)期以來(lái)，日光燈都是用一個(gè)大電感和一個(gè)起輝器來(lái)啟動(dòng)。點(diǎn)亮以后大電感就串聯(lián)在電路里，所以它基本上是一個(gè)感性負(fù)載，它的功率因數(shù)只有0.51-0.56。以后改用電子鎮(zhèn)流器，功率因數(shù)要好一些，但是因?yàn)殡娮渔?zhèn)流器很容易燒毀，所以用得最多的還是電感鎮(zhèn)流器。

而節(jié)能燈的功率因數(shù)也是只有0.54左右，而且也是感性負(fù)載。