茅于海教授為您講解關(guān)于LED燈具的功率因數(shù)的問題

2. 凡是帶馬達的家用電器(大多數(shù)白色家電)都是感性負載。

3. 凡是帶變壓器的家用電器(電視機、音響)也都是感性負載。

4. 24小時連續(xù)工作的電冰箱是一個耗電很大、功率因數(shù)很低的感性負載。

5. 其中的照明燈具因為主要是白熾燈，所以功率因數(shù)才會接近1。一. 各種燈具的功率因數(shù)

我們知道白熾燈因為是一個純電阻，它的功率因數(shù)當然等于1。但是使用越來越多的日光燈和最近國家大力推廣的節(jié)能燈就不是這樣了。長期以來，日光燈都是用一個大電感和一個起輝器來啟動。點亮以后大電感就串聯(lián)在電路里，所以它基本上是一個感性負載，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，但是因為電子鎮(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，而且也是感性負載。

二. LED燈具的功率因數(shù)

因為LED是一個半導(dǎo)體二極管，它需要直流供電，如果用市電供電的話，就一定會有一個整流器，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大電解電容。而后面的LED可以近似為一個電阻，所以整個電路如圖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。

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。所以整個系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。而本來功率因數(shù)是針對線性系統(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，否則的話無法采用Cosφ。但是在非正弦系統(tǒng)中，因為電壓電流波形都不是正弦波，是沒有什么相位角可以說的。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)的另一個定義是有功功率和視在功率之比。有功功率是指實際輸出的功率，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。這個在正弦波系統(tǒng)里是完全可以和Cosφ等效的，所以是沒有問題的。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。因為在非線性系統(tǒng)里，其電流波形有很多高次諧波(見圖5)，

圖5. 普通橋式整流器的電流高次諧波

所以到底拿什么來作為其視在功率，就是一個很大的問題?，F(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零點相位的余弦作為功率因素。有些儀器就是這樣來測量的。由這個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)就會很高甚至有可能大于1。

例如在一些指針式的功率因素計就是如此。

2. 采用電壓的有效值和電流的有效值相乘來作為視在功率。