功率因數(shù)與LED照明的關(guān)系探討

　　交流電流過(guò)負(fù)載時(shí)，加在該負(fù)載上的交流電壓與通過(guò)該負(fù)載的交流電流產(chǎn)生相位差，人們便從中引出功率因數(shù)這一概念。

　　人們生產(chǎn)、生活用電來(lái)自電網(wǎng)，電網(wǎng)提供頻率為50Hz或60Hz的交流電。作為交流電的負(fù)載有電阻、電感、電容三種類型。當(dāng)交流電通過(guò)純電阻負(fù)載時(shí)，加在該電阻上的交流電壓與通過(guò)該電阻的交流電流是同相位的，即它們之間的相位夾角ф= 0°，同時(shí)在電阻負(fù)載上消耗有功功率，電網(wǎng)要供出能量。當(dāng)交流電通過(guò)純電感負(fù)載時(shí)，其上的交流電壓的相位超前交流電流相位90°，它們之間的夾角ф= 90°，在電感負(fù)載上產(chǎn)生無(wú)功功率，電網(wǎng)供給的電能在電感中變?yōu)榇艌?chǎng)能短暫儲(chǔ)存后又回饋到電網(wǎng)變?yōu)殡娔?，如此周期性循環(huán)不已，結(jié)果電網(wǎng)并不供出能量，故謂“無(wú)功功率”，但產(chǎn)生“無(wú)功功率”的“無(wú)功電流”還是實(shí)際存在的。當(dāng)交流電通過(guò)純電容負(fù)載時(shí)，亦類似于此，只不過(guò)其上的交流電壓的相位滯后交流電流相位90°，它們之間的夾角ф= - 90°。這里，定義相位角度超前為正，相位角度滯后為負(fù)。實(shí)際負(fù)載是電阻、電感的感抗、電容的容抗三種類型的復(fù)合物，復(fù)合后統(tǒng)稱“阻抗”，寫成數(shù)學(xué)式即是：阻抗Z= R+j ( XL – XC) 。其中R為電阻，XL為感抗，XC為容抗。如果( XL– XC) > 0， 稱為“感性負(fù)載”;反之，如果( XL – XC) < 0稱為“容性負(fù)載”。交流電通過(guò)感性負(fù)載時(shí)，交流電壓的相位超前交流電流相位(0°<ф<90°);交流電通過(guò)容性負(fù)載時(shí)，交流電壓的相位滯后交流電流相位(-90°<ф< 0°);電工學(xué)定義該角度ф為功率因數(shù)角，功率因數(shù)角ф的余弦值即Cosф叫做功率因數(shù)。對(duì)于電阻性負(fù)載，其電壓與電流的位相差為0°，因此，電路的功率因數(shù)為1最大(Cos 0°=1);而純電感電路，電壓與電流的位相差為90°，并且是電壓超前電流;在純電容電路中，電壓與電流的位相差則為- 90°，即電流超前電壓。在后兩種電路中，功率因數(shù)都為零(Cos 90°= 0)。對(duì)于一般性負(fù)載的電路，功率因數(shù)就介于0與1之間。由數(shù)學(xué)式阻抗Z= R+ j ( XL – XC)，如果XL = XC，則Z= R即阻抗Z變成了一個(gè)純電阻，功率因數(shù)便等于1。這就是說(shuō)，感性負(fù)載和容性負(fù)載可以互相補(bǔ)償，一個(gè)電路里的感性元件的感抗值正好等于容性元件的容抗值則可以完全補(bǔ)償，功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)霓k法就源于此。

　　交流電通過(guò)阻抗負(fù)載時(shí)，產(chǎn)生的總功率S稱“視在功率”，視在功率S包括有功功率P和無(wú)功功率Q兩個(gè)分量。其中有功功率P = S*Cosф，無(wú)功功率Q = S*Sinф。只有當(dāng)功率因數(shù)Cosф值等于最大值1即ф= 0°時(shí)，無(wú)功分量Q才等于零，有功功率P等于視在功率 S的值。但負(fù)載的實(shí)際工作能力只與有功功率相關(guān)，例如空調(diào)機(jī)的制冷量、燈具的照度等只與有功功率成正比。因此，人們

　　當(dāng)然希望功率因數(shù)高一些。

　　功率因數(shù)偏低的害處

　　1)供電設(shè)備的帶負(fù)載能力被打了折扣，即降低了帶負(fù)載能力。如某設(shè)備能供出100KVA的視在功率，若功率因數(shù)為0.7，則只能供出70KW的有功功率了;若功率因數(shù)為0.9，則能供出90KW的有功功率，可見(jiàn)提高功率因數(shù)很有意義。

　　2)輸電線路由于無(wú)功電流存在，增加了輸電線路損耗。例如功率因數(shù)為0.7，要供出70KW的有功功率，則需要供出100KVA的視在功率，輸電線路的電流增大，線路損耗必然增大。

　　功率因數(shù)補(bǔ)償方法

　　供電部門供的電能是以“視在功率”來(lái)計(jì)算的，但是收電費(fèi)卻是以“有功功率”來(lái)計(jì)算的，用戶的“電度表”實(shí)為“有功功率表”，兩者之間有一個(gè)“功率因數(shù)”折扣，所以功率因數(shù)是供電部門非常在意的一個(gè)數(shù)據(jù)。用戶如果沒(méi)有達(dá)到理想的功率因數(shù)，相對(duì)地就是在消耗供電部門的資源。目前就國(guó)內(nèi)而言功率因數(shù)規(guī)定是必須介于電感性的0.9～1之間?？刹扇∫韵路绞竭M(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償：

　　1)半集中、集中補(bǔ)償法，要求用電企業(yè)的各個(gè)配電房必須安裝功率因數(shù)自控裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)功率因數(shù)大小，自動(dòng)投入或切除補(bǔ)償電力電容器的個(gè)數(shù)，用于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行補(bǔ)償(因企業(yè)主要用電負(fù)荷是電動(dòng)機(jī))，做到局部用電網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)達(dá)標(biāo)。這個(gè)辦法從上世紀(jì)七十年代末、八十年代初便已強(qiáng)制實(shí)施，至今少說(shuō)已有二十多年。還有各個(gè)供電所也安裝功率因數(shù)自控裝置，對(duì)其下轄供電區(qū)域進(jìn)一步補(bǔ)償。

　　2)分散補(bǔ)償法，要求每個(gè)用電器具設(shè)計(jì)時(shí)便采用先進(jìn)技術(shù)，滿足功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，這樣不論何時(shí)何地用電均能保證功率因數(shù)達(dá)標(biāo)。但這樣做會(huì)增加成本、增加電器體積，而有的電器對(duì)體積大小限制很嚴(yán)格，加大了設(shè)計(jì)難度。

　　電光源照明燈具與功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)幕仡?/strong>