關鍵字：LED燈具(ju)   功(gong)率因數  

家(jia)用(yong)電器的(de)功(gong)率因數

有人(ren)測試了(le)家(jia)用(yong)電器的(de)功(gong)耗和功(gong)率因數，其結(jie)果如(ru)下(xia)。

這些數據當(dang)然(ran)供參考而已(yi)。

需(xu)要說明(ming)的是(shi)：

1.凡(fan)是電熱電器功(gong)率(lv)因數都是(shi)等(deng)於(yu)1，因為(wei)它(ta)們都(dou)是(shi)電阻負(fu)載。

2.凡(fan)是帶馬達(da)的(de)家用電器（大(da)多數白色(se)家電）都是(shi)感負(fu)載(zai)。

3.凡(fan)是帶變(bian)壓器的(de)家(jia)用電器（電視機、音(yin)響）也(ye)都是(shi)感負(fu)載(zai)。

4.24小時連(lian)續(xu)工作的電冰箱是個(ge)耗(hao)電很大(da)、功率(lv)因數很低(di)的感負(fu)載(zai)。

5.其中的照(zhao)明燈(deng)具(ju)因為(wei)主(zhu)要是白(bai)熾燈(deng)，所(suo)以功率因數才(cai)會(hui)接近1。

燈(deng)具的功(gong)率(lv)因數

我(wo)們知道白(bai)熾燈(deng)因為(wei)是(shi)個(ge)純電阻，它(ta)的功(gong)率因數當(dang)然(ran)等(deng)於(yu)1。但是(shi)使用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)日(ri)光燈(deng)和zui近國(guo)家大(da)力(li)推(tui)廣的燈就不是這(zhe)樣了(le)。長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)，日(ri)光燈(deng)都是(shi)用(yong)個(ge)大(da)電感和個(ge)起(qi)輝(hui)器來(lai)啟(qi)動。點亮以後(hou)大(da)電感就串聯在(zai)電路裏(li)，所(suo)以它(ta)基本上是個(ge)感負(fu)載(zai)，它(ta)的功(gong)率因數只有0.51-0.56。以後改(gai)用(yong)電子鎮(zhen)流器，功(gong)率(lv)因數要好些，但是因為(wei)電子鎮(zhen)流器很(hen)燒(shao)毀，所(suo)以用得zui多(duo)的(de)還是(shi)電感鎮(zhen)流器。

而燈(deng)的(de)功率(lv)因數也(ye)是只有0.54左右，而且(qie)也(ye)是感負(fu)載(zai)。

LED燈具(ju)的功率因數

因為(wei)LED是(shi)個(ge)半(ban)導體二管(guan)，它(ta)需(xu)要直流供電，如(ru)果用(yong)市(shi)電供電的話(hua)，就會有個(ge)整(zheng)流器，通(tong)常(chang)是二管整(zheng)流橋。為(wei)了(le)得(de)到盡可能(neng)平滑的直流避免出現(xian)紋(wen)波(bo)閃爍(shuo)，通常(chang)都(dou)需(xu)要加(jia)上個(ge)大(da)電解電容。而後(hou)面(mian)的LED可(ke)以近似(si)為(wei)個(ge)電阻，所(suo)以整(zheng)個(ge)電路如(ru)圖(tu)3所(suo)示。

其電流電壓如(ru)圖(tu)4所(suo)示。

整(zheng)流後的(de)電壓電流波(bo)形都不(bu)是(shi)正弦波(bo)，而且(qie)雖(sui)然(ran)整(zheng)流前的(de)電壓波(bo)形是正弦波(bo)，但是其電流波(bo)形也(ye)不是(shi)正弦波(bo)。所(suo)以整(zheng)個(ge)系統是個(ge)非線(xian)系統。而本(ben)來(lai)功(gong)率(lv)因數是針(zhen)對線(xian)系統定義的(de)，而且(qie)要求輸(shu)入(ru)輸出(chu)電壓電流都是(shi)同(tong)頻率(lv)的正弦形，否(fou)則的(de)話(hua)無(wu)法采(cai)用(yong)Cosφ。但(dan)是在(zai)非正弦系統中，因為(wei)電壓電流波(bo)形都不(bu)是(shi)正弦波(bo)，是沒有什麽(me)相(xiang)位(wei)角(jiao)可以說(shuo)的。所(suo)以非線(xian)系統中的功(gong)率因數必須重(zhong)新定(ding)義。

圖(tu)3. LED燈(deng)具的等(deng)效(xiao)電路

圖(tu)4. 橋(qiao)式(shi)整(zheng)流加(jia)電容濾(lv)波(bo)後的電壓電流波(bo)形

如(ru)前(qian)所(suo)述(shu)功率(lv)因數的另(ling)個(ge)定(ding)義(yi)是(shi)有(you)功功率和視(shi)在(zai)功(gong)率之比(bi)。有功功(gong)率(lv)是指(zhi)實際輸出(chu)的(de)功率，而視(shi)在(zai)功(gong)率是指(zhi)輸入(ru)電壓值和輸(shu)入(ru)電流值的(de)乘(cheng)積(ji)。這(zhe)個(ge)在(zai)正弦波(bo)系統裏(li)是(shi)可(ke)以(yi)和Cosφ等(deng)效(xiao)的，所(suo)以是沒有(you)問(wen)題的(de)。但是(shi)在(zai)非線(xian)系統裏(li)，什麽(me)是(shi)有功功(gong)率(lv)什麽(me)是(shi)視在(zai)功(gong)率就很值得(de)探(tan)討(tao)的了(le)。

因為(wei)在(zai)非線(xian)系統裏(li)，其電流波(bo)形有很(hen)多(duo)次(ci)諧波(bo)（見圖(tu)5），

圖(tu)5. 普通橋(qiao)式(shi)整(zheng)流器的(de)電流次(ci)諧波(bo)

所(suo)以到底拿(na)什麽(me)來(lai)作為(wei)其視(shi)在(zai)功(gong)率，就是個(ge)很(hen)大(da)的問(wen)題。現(xian)在(zai)有(you)做(zuo)法。

1.將(jiang)電流的基波(bo)值和正弦電壓值相乘(cheng)來(lai)作為(wei)其視(shi)在(zai)功(gong)率，或是(shi)把(ba)基波(bo)電流相位(wei)的(de)余(yu)弦作為(wei)功(gong)率(lv)因數，或是(shi)把(ba)電流波(bo)形的過(guo)零點(dian)相位(wei)的(de)余(yu)弦作為(wei)功(gong)率(lv)因素。有(you)些儀(yi)器就是這樣來(lai)測(ce)量(liang)的(de)。由這個(ge)電流的波(bo)形圖(tu)中就可以看(kan)出(chu)，這種波(bo)形的次(ci)諧波(bo)豐富(fu)，其基波(bo)很小，如(ru)果用(yong)基波(bo)電流來(lai)乘(cheng)基波(bo)電壓，那(na)麽(me)是(shi)得到的功率相(xiang)比(bi)有(you)功功(gong)率就很小，這樣它(ta)的功(gong)率因數就會很甚(shen)至有可(ke)能(neng)大(da)於1。

例如(ru)在(zai)些指針(zhen)式(shi)的(de)功(gong)率(lv)因素計(ji)就是如(ru)此(ci)。

2.采(cai)用(yong)電壓的值和電流的值(zhi)相乘(cheng)來(lai)作為(wei)視(shi)在(zai)功(gong)率。

現(xian)在(zai)很(hen)多數字式(shi)功(gong)率(lv)因數儀(yi)是采(cai)用(yong)電壓值和電流值的(de)乘(cheng)積(ji)來(lai)作為(wei)視(shi)在(zai)功(gong)率的。

對(dui)於非正弦波(bo)電流的值(zhi)可以(yi)用(yong)各(ge)次(ci)諧波(bo)電流的均(jun)方根(gen)值(zhi)來(lai)表示：

如(ru)果定(ding)義功(gong)率因數等(deng)於(yu)實際功率(lv)和視(shi)在(zai)功(gong)率之比(bi)

通常把(ba)諧(xie)波(bo)失真(zhen)定(ding)義為(wei)：

現(xian)在(zai)的(de)很多數字式(shi)功(gong)率(lv)因素計(ji)基本上都是(shi)用(yong)這種方法來(lai)定(ding)義(yi)的(de)。

但(dan)是功率的(de)定義必須是(shi)相同(tong)頻率(lv)正弦波(bo)的電壓值和電流值的(de)乘(cheng)積(ji)。電流次(ci)諧波(bo)值和基波(bo)電壓值的乘(cheng)積(ji)不(bu)能(neng)認為(wei)是(shi)功(gong)率(lv)，因為(wei)其頻(pin)率(lv)不樣，所(suo)以是沒有(you)意義的數字。所(suo)以用這種方法來(lai)定(ding)義(yi)視(shi)在(zai)功(gong)率是有(you)問題的(de)。遺憾(han)的(de)是，現(xian)在(zai)很(hen)多數字儀(yi)表都是(shi)這(zhe)樣來(lai)測(ce)量(liang)的(de)。

實際上，這個(ge)問(wen)題在(zai)學(xue)術界是(shi)直存在(zai)爭議的，所(suo)以美國的(de)碩士論文和瑞(rui)典(dian)的(de)博(bo)士論文都還在(zai)研(yan)究這(zhe)個(ge)問(wen)題。

例如(ru)瑞(rui)典(dian)的(de)Stefan Svensson在(zai)他的博(bo)士論文裏(li)就指出，在(zai)非線(xian)的(de)情(qing)況(kuang)下，現(xian)在(zai)對(dui)於功率(lv)因數就已(yi)經(jing)有人(ren)提(ti)出了(le)7種不同(tong)的定(ding)義，同(tong)樣個(ge)非線(xian)系統在(zai)不(bu)同(tong)的定(ding)義下(xia)，就可能(neng)得出不(bu)同(tong)的功(gong)率因數值。而且(qie)不(bu)管是(shi)哪(na)種定義(yi)它(ta)都不(bu)當(dang)初在(zai)線(xian)系統裏(li)提(ti)出(chu)功(gong)率(lv)因數的初衷(zhong)。例如(ru)。在(zai)線(xian)系統裏(li)，只要采(cai)用(yong)純電容或(huo)純電感就可以補償(chang)感或(huo)容(rong)的負(fu)載。這在(zai)非線(xian)系統裏(li)顯(xian)然(ran)是無(wu)效(xiao)的。所(suo)以這些定義的功(gong)率(lv)因數失去(qu)了(le)原(yuan)來(lai)功(gong)率(lv)因數的含(han)義。

其實，在(zai)非線(xian)負(fu)載(zai)時，zui大(da)的問(wen)題是(shi)諧波(bo)電流，因為(wei)雖(sui)然(ran)諧波(bo)電流不能(neng)和基波(bo)電壓形成視(shi)在(zai)功(gong)率，但是(shi)諧波(bo)電流的平方乘(cheng)以(yi)線(xian)路電阻就會引起(qi)熱(re)損(sun)耗(hao)。而且(qie)這(zhe)種諧波(bo)電流是無(wu)法采(cai)用(yong)簡單(dan)的電容或(huo)電感加(jia)以補償(chang)的。所(suo)以真(zhen)正需(xu)要的是(shi)諧波(bo)電流值。而不(bu)是(shi)所(suo)謂的“功率(lv)因數”。

現(xian)在(zai)的(de)有關規定是(shi)否(fou)合理

就算我(wo)們接(jie)受現(xian)有的(de)普通功(gong)率因數測量(liang)儀(yi)所(suo)測得的LED燈(deng)具(ju)的功(gong)率(lv)因數值，但(dan)是到底是多少(shao)是允(yun)許的(de)。按(an)照美(mei)國能(neng)源之星(xing)規定凡(fan)是功(gong)率(lv)小於5瓦(wa)的(de)LED燈(deng)具(ju)不(bu)要求功(gong)率因數。而大(da)於5瓦(wa)則要求功(gong)率因數必須於(yu)0.7。中國現(xian)在(zai)采(cai)用(yong)和美(mei)國樣的規(gui)定(ding)。但深(shen)圳市(shi)LED產(chan)業(ye)聯(lian)盟(meng)的(de)規定<10W, PF>0.7；功率(lv)在(zai)10W-30W之間(jian)，PF>0.85；功(gong)率(lv)>30W，PF>0.9。比(bi)國家規定還(hai)要。

但是(shi)這個(ge)規(gui)定(ding)顯(xian)然(ran)是不(bu)合理的。

1. 為(wei)什麽(me)對(dui)於含(han)汞(gong)的(de)“燈(deng)”規(gui)定15瓦以上才(cai)有(you)功率因數的要求，反(fan)而對(dui)於(yu)既(ji)又(you)環保的LED燈具提出(chu)為(wei)嚴(yan)格(ge)的(de)要求。這(zhe)顯(xian)然(ran)是對(dui)於減排(pai)促進LED燈具(ju)的推(tui)廣是有害而無(wu)益的(de)。這使人(ren)不(bu)得(de)不懷疑(yi)其中涉及(ji)某些大(da)公司(si)的利(li)益。

2. 大(da)多數的LED燈(deng)具的功(gong)率因數都是(shi)負值，也(ye)就是容負(fu)載(zai)。而絕大(da)多數的家(jia)電都是(shi)感負(fu)載(zai)，本來(lai)電業局(ju)都需(xu)要采(cai)用(yong)大(da)型(xing)壓電容在(zai)變(bian)壓器的(de)次(ci)加(jia)以補償(chang)，現(xian)在(zai)有(you)了(le)LED燈(deng)具(ju)可(ke)以在(zai)負(fu)載端就加(jia)以補償(chang)，這顯(xian)然(ran)是好(hao)事(shi)，為(wei)什麽(me)還(hai)要加(jia)以。

3. 雖(sui)然(ran)現(xian)在(zai)很(hen)多LED驅(qu)動電源都(dou)加(jia)上了(le)功(gong)率(lv)因數校正使其接(jie)近於(yu)1。但是具(ju)有(you)諷刺意味的是(shi)，當(dang)初之所(suo)以很多LED驅(qu)動芯片(pian)公(gong)司(si)力(li)開發功率(lv)因數芯片(pian)的(de)主(zhu)要原因是為(wei)了(le)能(neng)夠和可(ke)控矽調光器（Triac）相(xiang)配(pei)合(he)。因為(wei)原(yuan)來(lai)的(de)可(ke)控(kong)矽調光器只能(neng)用於功(gong)率(lv)因數為(wei)1的(de)純阻白(bai)熾(chi)燈。現(xian)在(zai)LED燈(deng)具提了(le)功(gong)率(lv)因數所(suo)以就可以和可(ke)控矽調光器相(xiang)配(pei)合(he)了(le)。但(dan)是(shi)采(cai)用(yong)可(ke)控矽調光器以(yi)後(hou)整(zheng)體(ti)的功率因數卻隨(sui)著光線(xian)調暗(an)而越(yue)來(lai)越(yue)差(cha)，直到小於0.5。而且(qie)整(zheng)體(ti)的效(xiao)率也(ye)越來(lai)越(yue)低(di)，失去(qu)了(le)LED的(de)的(de)優點(dian)。下(xia)面(mian)是作者實測的可控(kong)矽調光系統的功率(lv)因數值：

由表中可見，即(ji)使是(shi)功(gong)率(lv)因數已(yi)經(jing)改(gai)進至於(yu)0.96的LED燈(deng)具(ju)，但(dan)是(shi)在(zai)和可(ke)控矽配(pei)合(he)在(zai)起(qi)進行(xing)調光時，當(dang)輸(shu)入(ru)功率(lv)從(cong)9.4W調到6W時，其整(zheng)體(ti)的功率因數就從(cong)0.96降(jiang)低(di)到0.635.而無(wu)法>0.7的(de)要求了(le)。何況(kuang)其整(zheng)體(ti)的效(xiao)率也(ye)低(di)下。失(shi)去(qu)LED燈(deng)具的的優點(dian)了(le)。

實際上LED的zui大(da)特點(dian)就是它(ta)很實現(xian)低(di)功率(lv)模擬(ni)調光甚(shen)至無(wu)需(xu)功(gong)率(lv)的數字PWM調光。難(nan)以理解的是有關當(dang)局(ju)對(dui)於(yu)可(ke)控(kong)矽這樣個(ge)幾(ji)十(shi)年(nian)以(yi)前的落後(hou)的調光器件(jian)卻沒有(you)功率因數的，而且(qie)還(hai)對其去(qu)配(pei)合(he)的(de)LED使用(yong)熟(shu)視(shi)無(wu)睹(du)。這(zhe)種配(pei)合(he)美(mei)其名(ming)曰(yue)“與(yu)現(xian)存設(she)備(bei)兼(jian)容”。而實際上是任意遷就落後！

zui近我(wo)們從(cong)日(ri)本(ben)買(mai)來(lai)些日(ri)本(ben)本國使用(yong)的(de)LED球(qiu)泡(pao)燈，並且測量了(le)它(ta)的功(gong)率因數，所(suo)得結果如(ru)下(xia)：

由此(ci)看(kan)來(lai)，日(ri)本(ben)對於至(zhi)少(shao)15W以下(xia)的(de)球(qiu)泡(pao)燈都沒有功率(lv)因數的要求。這(zhe)對於(yu)LED燈具在(zai)日(ri)本(ben)的迅速(su)推廣起(qi)了(le)很(hen)大(da)的促(cu)進作用。

結(jie)束(shu)語(yu)

科學發展觀中zui重(zhong)要的就是可持續(xu)發展。而其中重(zhong)中之重(zhong)就是減排(pai)。對於(yu)切減排(pai)的新(xin)生(sheng)科(ke)技國家(jia)都應(ying)該(gai)加(jia)以扶(fu)植(zhi)。LED就是其中zui重(zhong)要的項(xiang)。想(xiang)當(dang)初國(guo)家還(hai)曾(zeng)經免費發送每(mei)家(jia)每(mei)戶(hu)個(ge)燈(deng)以(yi)取代白(bai)熾燈(deng)。但燈存在(zai)著(zhe)光效(xiao)不夠、有汞(gong)汙染、易碎等(deng)很(hen)多問(wen)題。遠遠無(wu)法和LED相(xiang)比。現(xian)在(zai)LED已(yi)經(jing)日(ri)趨(qu)成熟(shu)，國(guo)家(jia)應(ying)該(gai)以大(da)的力(li)度從(cong)各(ge)方面(mian)來(lai)加(jia)以扶(fu)植(zhi)並力(li)推(tui)廣！不應該設(she)置比燈(deng)嚴(yan)格(ge)的(de)功率(lv)因數的指(zhi)標(biao)要求，來(lai)LED的(de)發展！