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二。 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：
序號(hào) 名稱 設(shè)備容量（W） 功率因數(shù) 無(wú)功功率（var） 視在功率（VA）
1 照明 200 0.90 96.86 222.22
2 空調(diào) 3000 0.80 2250.00 3750.00
3 電冰箱 150 0.60 200.00 250.00
4 微波爐 1000 0.90 484.32 1111.11
5 電熱水器 2000 1.00 0.00 2000.00
6 電飯煲 1000 1.00 0.00 1000.00
7 計(jì)算機(jī) 300 0.80 225.00 375.00
8 打印機(jī) 250 0.80 187.50 312.50
9 電視機(jī) 200 0.80 150.00 250.00
10 洗衣機(jī) 200 0.60 266.67 333.33
11 抽油煙機(jī) 50 0. 80 37.50 62.50
12 音響 300 0.60 400.00 500.00
13 飲水機(jī) 600 1.00 0.00 600.00
14 衛(wèi)生設(shè)備 1000 1.00 0.00 1000.00
15 保健設(shè)備 600 0.80 450.00 750.00
16 錄象機(jī) 200 0.90 96.86 222.22
17 DVD\VCD 100 0.90 48.43 111.11
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。
三。 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。
四。 LED燈具的功率因數(shù)
因?yàn)長(zhǎng)ED是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，它需要直流供電，如果用市電供電的話，就一定會(huì)有一個(gè)整流器，通常是二極管整流橋。為了得到盡可能平滑的直流避免出現(xiàn)紋波閃爍，通常都需要加上一個(gè)大電解電容。而后面的LED可以近似為一個(gè)電阻，所以整個(gè)電路如圖3所示。
圖3. LED燈具的等效電路
其各種電流電壓如圖4所示。
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圖4. 橋式整流加電容濾波后的電壓電流波形
整流后的電壓電流波形都不是正弦波，而且雖然整流前的電壓波形是正弦波，但是其電流波形也不是正弦波。所以整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)。而本來(lái)功率因數(shù)是針對(duì)線性系統(tǒng)定義的，而且要求輸入輸出電壓電流都是同頻率的正弦形，否則的話無(wú)法采用Cosφ。但是在非正弦系統(tǒng)中，因?yàn)殡妷弘娏鞑ㄐ味疾皇钦也ǎ菦](méi)有什么相位角可以說(shuō)的。所以非線性系統(tǒng)中的功率因數(shù)必須重新定義。
如前所述功率因數(shù)的另一個(gè)定義是有功功率和視在功率之比。有功功率是指實(shí)際輸出的功率，而視在功率是指輸入電壓有效值和輸入電流有效值的乘積。這個(gè)在正弦波系統(tǒng)里是完全可以和Cosφ等效的，所以是沒(méi)有問(wèn)題的。但是在非線性系統(tǒng)里，什么是有功功率什么是視在功率就很值得探討的了。
因?yàn)樵诜蔷€性系統(tǒng)里，其電流波形有很多高次諧波（見(jiàn)圖5），
圖5. 普通橋式整流器的電流高次諧波
所以到底拿什么來(lái)作為其視在功率，就是一個(gè)很大的問(wèn)題。現(xiàn)在有各種做法。
1. 將電流的基波有效值和正弦電壓有效值相乘來(lái)作為其視在功率，或是把基波電流相位的余弦作為功率因數(shù)，或是把電流波形的過(guò)零點(diǎn)相位的余弦作為功率因素。有些儀器就是這樣來(lái)測(cè)量的。由這個(gè)電流的波形圖中就可以看出，這種波形的高次諧波非常豐富，其基波很小，如果用基波電流來(lái)乘基波電壓，那么是得到的功率相比有功功率就很小，這樣它的功率因數(shù)就會(huì)很高甚至有可能大于1。
例如在一些指針式的功率因素計(jì)就是如此。
2. 采用電壓的有效值和電流的有效值相乘來(lái)作為視在功率。
現(xiàn)在很多數(shù)字式功率因數(shù)儀是采用電壓有效值和電流有效值的乘積來(lái)作為視在功率的。
對(duì)于非正弦波電流的有效值可以用各次諧波電流的均方根值來(lái)表示：
如果定義功率因數(shù)等于實(shí)際功率和視在功率之比
通常把諧波失真定義為：
現(xiàn)在的很多數(shù)字式功率因素計(jì)基本上都是用這種方法來(lái)定義的。
但是功率的定義必須是相同頻率正弦波的電壓有效值和電流有效值的乘積。電流高次諧波有效值和基波電壓有效值的乘積不能認(rèn)為是功率，因?yàn)槠漕l率不一樣，所以是沒(méi)有意義的數(shù)字。所以用這種方法來(lái)定義視在功率是有問(wèn)題的。遺憾的是，現(xiàn)在很多數(shù)字儀表都是這樣來(lái)測(cè)量的。
實(shí)際上，這個(gè)問(wèn)題在學(xué)術(shù)界是一直存在爭(zhēng)議的，所以美國(guó)的碩士論文和瑞典的博士論文都還在研究這個(gè)問(wèn)題。
例如瑞典的Stefan Svensson在他的博士論文里就指出，在非線性的情況下，現(xiàn)在對(duì)于功率因數(shù)就已經(jīng)有人提出了7種不同的定義，同樣一個(gè)非線性系統(tǒng)在不同的定義下，就可能得出完全不同的功率因數(shù)值。而且不管是哪種定義它都不符合當(dāng)初在線性系統(tǒng)里提出功率因數(shù)的初衷。例如。在線性系統(tǒng)里，只要采用純電容或純電感就可以補(bǔ)償感性或容性的負(fù)載。這在非線性系統(tǒng)里顯然是無(wú)效的。所以這些定義的功率因數(shù)完全失去了原來(lái)功率因數(shù)的含義。
其實(shí)，在非線性負(fù)載時(shí)，最大的問(wèn)題是諧波電流，因?yàn)殡m然諧波電流不能和基波電壓形成視在功率，但是諧波電流的平方乘以線路電阻就會(huì)引起熱損耗。而且這種諧波電流是無(wú)法采用簡(jiǎn)單的電容或電感加以補(bǔ)償?shù)?。所以真正需要限制的是諧波電流值。而不是所謂的“功率因數(shù)”。
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