LED灯具的功率因数
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LED
灯具的功率因数
茅于海
功
率因数从来不是什么问题，过去国家有规定，要功率超过
75
瓦
才有功率
因数的要求
（到现在为止，
对
于笔记本电脑还是规定
75W
以下无功率因数要求）
。
所以从来没有对灯具提出过什么功率因数的要求。
就像日光灯吧，
功率因数都是
很差的，
从来也没有人提出过意见，
国家也没有提出什么要求。
后来有
了节能灯，
国家虽然提出了一个要求，但是非常宽松，对
15<
/p>
瓦以上才有要求，而节能灯大
多数是小于
15
瓦的。
所以等于没有提出要求。
唯
独出现
LED
灯具以后反而严格
要求起
来了，
只有在
5
瓦以下才不要求，
5W
以上必须要求功率因数
>0.7
。
而
LED
灯具除了
很小的
MR16
射灯是
3
瓦以外，
绝大多数都是在
5
瓦以上。
所以这个规
定正好卡住了
LE
D
的脖子。那么，让我们仔细来了解一下有关功率因数的问题
吧
！
一．
什么是功率因数
我们知道所有发电机
都是旋转机械，产生的电压就是正弦波，这就是我们所
谓的交流电。交流电有一个好处就
是通过电磁感应可以用变压器来改变其电压，
而且可以升高到几十万伏进行远距离传输以
减小传输中的损耗，
到目的地以后再
降下来变成我们常用的市电
。我们现在的市电就是
220V
，
50
Hz
的交流电。而在
电工学里交流电是可以用矢量来表示的。<
/p>
矢量可以表示电压也可以表示电流。
对
于
纯电阻的负载，
电压和电流是同相的，
而对于纯电容负载或纯电
感负载，
电流
和电压就不同相，
而是有
一个
90
度的相角，
或者称为相位差。
在纯电感负载时，
其上的电压是领先电流
90
度，而纯电容负载时，其上的电压落后于电流
90
度。
如果我们用波形表示时，通常把电压表
现为余弦波，如果电流落后于电压，
就是电感性负载，领先于电压就是电容性负载。
图
1.
电感性负载的交流电压和交流电流之间的关系
因为实际上纯电感和纯电容都不存在的，实际的负载只能称为电感性负载或
者是
电容性负载。
这时候其交流电压和交流电流之间就有一个夹角
φ
，
对于电感
性负载我们把这个夹角称为
φ
L
，而对于电容性负载的夹角就称为
φ
C
。
（见图
2
）
1
纯电容负载
的交流电流
实际容性负载的交流电流
交流电压
φ
C
交流电压
φ
L
纯电感负载
的交流电流
实际感性负载的交流电流
图
2.
电感性负载和电容性负载电压和电流的矢量表示法
功率等于电压和电流的乘积，
但是只有在纯阻负载的时候
< br>（电压和电流同相）
是这样，
而在电感性或电容性负载的
时候就要把电流的矢量投影到电压矢量
（水
平轴）上去，也就是
要乘以
cos
φ
L
或者
cos
φ
C
< br>。我们通常就把这个
cos
φ
L
或者
cos
φ
C
称为功率因数。
但是由于这个夹角
可以是正的，也可以是负的，所以功率因数也是可能为正
数（感性负载）也可能为负数（
容性负载）
。
但是当我们用矢量来代
表电压和电流时，前提是它们的频率必须是完全相同
的。而且是在一个线性系统里。
在线性系统里我们也会把功率因数用有功功率和视在功率之比来表
示。所谓
有功功率就是和电流同相的那部分电压和电流的有效值的乘积。
而视在功率就是
不考虑其间的相位差而将电压和电流的有效值直接相乘所得到的
“功率”
。而这
二者之比显然就是前面所说的相角的余弦
cos
φ
。
二．
各种家用电器的功率因数
有人测试了各种家用电器的功耗和功率因数，其结果如下：
序号
名称
设备容量
(W)
功率因数
无功功率
(var)
视在功率
(VA)
1
照明
200
0.90
96.86
222.22
2
空调
3000
0.80
2250.00
3750.00
3
电冰箱
150
0.60
200.00
250.00
4
微波炉
1000
0.90
484.32
1111.11
5
电热水器
2000
1.00
0.00
2000.00
6
电饭煲
1000
1.00
0.00
1000.00
7
计算机
300
0.80
225.00
375.00
8
打印机
250
0.80
187.50
312.50
9
电视机
200
0.80
150.00
250.00
10
洗衣机
200
0.60
266.67
333.33
11
抽油烟机
50 0.
80
37.50
62.50
12
音响
300
0.60
400.00
500.00
13
饮水机
600
1.00
0.00
600.00
2
14
卫生设备
1000
1.00
0.00
1000.00
15
保健设备
600
0.80
450.00
750.00
16
录象机
200
0.90
96.86
222.22
17 DVDVCD
100
0.90
48.43
111.11
这些数据当然仅供参考而已。
需要说明的是：
1.
凡是电热电器功率因数都是等于
1
，因为它们都是电阻负载。
2.
凡是带马达的家用电器（大多数白色家电）都是感性负载。
3.
凡是带变压器的家用电器（电视机、音响）也都是感性负载。
4.
24
小
时连续工作的电冰箱是一个耗电很大、功率因数很低的感性负载。
5.
其中的照明灯具因为主要是白炽
灯，所以功率因数才会接近
1
。
三．
各种灯具的功率因数
我们知道白炽灯
因为是一个纯电阻，它的功率因数当然等于
1
。但是使用越来越
多的日光灯和最近国家大力推广的节能灯就不是这样了。
长期以
来，
日光灯都是
用一个大电感和一个起辉器来启动。
点亮以后大电感就串联在电路里，
所以它基
本上是
一个感性负载，
它的功率因数只有
0.51-0.56
。
以后改用电子镇流器，
功率
< br>因数要好一些，
但是因为电子镇流器很容易烧毁，
所以用
得最多的还是电感镇流
器。
而节能灯的功率因数也是只有
0.54
左右，
而且也是感性负载。
四．
LED
灯具的功率因数
因为
LED
是一个半导体二极管，它需要直流供电，
如果用市电供电的话，就一
定会有一个整流器，
通常是二极管整
流桥。
为了得到尽可能平滑的直流避免出现
纹波闪烁，通常都需
要加上一个大电解电容。而后面的
LED
可以近似为一个电
阻，所以整个电路如图
3
所示。
图
3.
LED
灯具的等效电路
其各种电流电
压如图
4
所示。
3