茅于海：解析LED燈具的功率因數

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

　　什么是功率因數

　　我們知道所有發(fā)電機都是旋轉機械，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。對于純電阻的負載，電壓和電流是同相的，而對于純電容負載或純電感負載，電流和電壓就不同相，而是有一個(gè)90度的相角，或者稱(chēng)為相位差。在純電感負載時(shí)，其上的電壓是領(lǐng)先電流90度，而純電容負載時(shí)，其上的電壓落后于電流90度。

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

　圖1.電感性負載的交流電壓和交流電流之間的關(guān)系

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

圖2.電感性負載和電容性負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(chēng)為功率因數。

　　但是由于這個(gè)夾角可以是正的，也可以是負的，所以功率因數也是可能為正數（感性負載）也可能為負數（容性負載）。

　　但是當我們用矢量來(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(xiàn)性系統里。

　　在線(xiàn)性系統里我們也會(huì )把功率因數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。

　　各種家用電器的功率因數

　　有人測試了各種家用電器的功耗和功率因數，其結果如下：