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和记娱乐网页:LED灯功率因数的定义以及作用解析



功率因数从来不是什么问题,以前国家有规定,要功率跨越75瓦才有功率因数的要求(到现在为止,对付条记本电脑照样规定75W以下无功率因数要求)。以是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,然则异常宽松,对15瓦以上才有要求,而节能灯大年夜多半是小于15瓦的。以是即是没有提出要求。唯独呈现LED灯具今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,绝大年夜多半都是在5瓦以上。以是这个规定恰恰卡住了LED的脖子。那么,让我们仔细来懂得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扭转机器,孕育发生的电压便是正弦波,这便是我们所谓的交流电。交流电有一个好处便是经由过程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间隔传输以减小传输中的损耗,到目的地今后再降下来变成我们常用的市电。我们现在的市电便和记娱乐网页是220V,50Hz的交流电。而在电工学里交流电是可以用矢量来表示的。矢量可以表示电压也可以表示电流。对付纯电阻的负载,电压和电流是同相的,而对付纯电容负载或纯电感负载,电流和电压就不合相,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,其上的电压后进于电流90度。

假如我们用波形表示时,平日把电压体现为余弦波,假如电流后进于电压,便是电感性负载,领先于电压便是电容性负载。

图1. 电感性负载的交流电压和交流电流之间的关系

由于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和记娱乐网页感性负载或者是电容性负载。这时刻其交流电压和交流电流之间就有一个夹角,对付电感性负载我们把这个夹角称为L,而对付电容性负载的夹角就称为C。(见图2)

交流电压

纯电容负载的交流电流

纯电感负载的交流电流

交流电压

实际容性负载的交流电流

实际感性负载的交流电流

C

L

图2. 电感性负载和电容性负载电压和电流的矢量表示法

功率即是电压和电流的乘积,然则只有在纯阻负载的时刻(电压和电流同相)是这样,而在电感性或电容性负载的时刻就要把电流的矢量投影到电压矢量(水平轴)上去,也便是要乘以cosL或者cosC。我们平日就把这个cosL或者cosC称为功率因数。

然则因为这个夹角可所以正的,也可所以负的,以是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)。

然则当我们用矢量来代表电压和电流时,条件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最近表示。所谓有功功率便是和电流同相的那部分电压和电流的有效值的乘积。而视在功率便是不斟酌其间的相位差而将电压和电流的有效值直接相乘所获得的“功率”。而这二者之比显然便是前面所说的相角的余弦cos。

二. 各类家用电器的功率因数

有人测试了各类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 谋略机 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

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 DVD\VCD 100 0.90 48.43 111.11

这些数据当然仅供参考而已。

必要阐明的是:

1. 凡是电热电器功率因数都是即是1,由于它们都是电阻负载。

2. 凡是带马达的家用电器(大年夜多半白色家电)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小时继续事情的电冰箱是一个耗电很大年夜、功率因数很低的感性负载。

5. 此中的照明灯具由于主如果白炽灯,以是功率因数才会靠近1。

三. 各类灯具的功率因数

我们知道白炽灯由于是一个纯电阻,它的功率因数当然即是1。然则应用越来越多的日光灯和近来国家大年夜力推广的节能灯就不是这样了。经久以来,日光灯都是用一个大年夜电感和一个起辉器来启动。点亮今后大年夜电感就串联在电路里,以是它基础上是一个感性负载,它的功率因数只有0.51-0.56。今后改用电子镇流器,功率因数要好一些,然则由于电子镇流器很轻易烧毁,以是用得最多的照样电感镇流器。

而节能灯的功率因数也是只有0.54阁下,而且也是感性负载。

四. LED灯具的功率因数

由于LED是一个半导体二极管,它必要直流供电,假如用市电供电的话,就必然会有一个整流器,平日是二极管整流桥。为了获得尽可能平滑的直流避免呈现纹波闪烁,平日都必要加上一个大年夜电解电容。而后面的LED可以近似为一个电阻,以是全部电路如图3所示。

图3. LED灯具的等效电路

其各类电流电压如图4所示。

图4. 桥式整流加电容滤波后的电压电流波形

整流后的电压电流波形都不是正弦波,而且虽然整流前的电压波形是正弦波,然则其电流波形也不是正弦波。以是全部系统是一个非线性系统。而原先功率因数是针对线性系统定义的,而且要求输入输出电压电流都是同频率的正弦形,否则的话无法采纳Cos。然则在非正弦系统中,由于电压电流波形都不是正弦波,是没有什么相位角可以说的。以是非线性系统中的功率因数必须从新定义。

如前所述功率因数的另一个定义是有功功率和视在功率之比。有功功率是指实际输出的功率,而视在功率是指输入电压有效值和输入电流有效值的乘积。这个在正弦波系统里是完全可以和Cos等效的,所所以没有问题的。然则在非线性系统里,什么是有功功率什么是视在功率就很值得探究的了。

由于在非线性系统里,其电流波形有很多高次谐波(见图5),

图5. 通俗桥式整流器的电流高次谐波

以是到底拿什么来作为其视在功率,便是一个很大年夜的问题。现在有各类做法。

1. 将电流的基波有效值和正弦电压有效值相乘来作为其视在功率,或是把基波电流相位的余弦作为功率因数,或是把电流波形的过零点相位的余弦作为功率身分。有些仪器便是这样来丈量的。由这个电流的波形图中就可以看出,这种波形的高次谐波异常富厚,其基波很小,假如用基波电流来乘基波电压,那么是获得的功率比拟有功功率就很小,这样它的功率因数就会很高以致有可能大年夜于1。

例如在一些指针式的功率身分计便是如斯。

2. 采纳电压的有效值和电流的有效值相乘来作为视在功率。

现在很多半字式功率因数仪是采纳电压有效值和电流有效值的乘积来作为视在功率的。

对付非正弦波电流的有效值可以用各次谐波电流的均方根值来表示:

假如定义功率因数即是实际功率和视在功率之比

平日把谐波掉真定义为:

现在的很多半字式功率身分计基础上都是用这种措施来定义的。

然则功率的定义必须是相同频率正弦波的电压有效值和电流有效值的乘积。电流高次谐波有效值和基波电压有效值的乘积不能觉得是功率,由于其频率不一样,所所以没故意义和记娱乐网页的数字。以是用这种措施来定义视在功率是有问题的。遗憾的是,现在很多半字仪表都是这样来丈量的。

实际上,这个问题在学术界是不停存在争议的,以是美国的硕士论文和瑞典的博士论文都还在钻研这个问题。

例如瑞典的Stefan Svensson在他的博士论文里就指出,在非线性的环境下,现在对付功率因数就已经有人提出了7种不合的定义,同样一个非线性系统在不合的定义下,就可能得出完全不合的功率因数值。而且不管是哪种定义它都不相符当初在线性系统里提出功率因数的初衷。例如。在线性系统里,只要采纳纯电容或纯电感就可以补偿感性或容性的负载。这在非线性系统里显然是无效的。以是这些定义的功率因数完全掉去了原本功率因数的含义。

着实,在非线性负载时,最大年夜的问题是谐波电流,由于和记娱乐网页虽然谐波电流不能和基波电压形成视在功率,然则谐波电流的平方乘以线路电阻就会引起热损耗。而且这种谐波电流是无法采纳简单的电容或电感加以补偿的。以是真正必要限定的是谐波电流值。而不是所谓的“功率因数”。

五. 现在的有关规定是否合理

就算我们吸收现有的通俗功率因数丈量仪所测得的LED灯具的功率因数值,然则到底是若干是容许的。按照美国能源之星规定凡是功率小于5瓦的LED灯具不要求功率因数。而大年夜于5瓦则要求功率因数必须高于0.7。中国现在采纳和美国一样的规定。但深圳市LED财产标准同盟的标准规定0.7;功率在10W-30W之间,PF>0.85;功率>30W,PF>0.9。比国家规定还要高。

然则这个规定显然是分歧理的。

1. 为什么对付含汞的“节能灯”规定15瓦以上才有功率因数的要求,反而对付既节能又环保的LED灯具提出更为严格的要求。这显然是对付节能减排匆匆进LED灯具的推广是有害而无益的。这使人不得不狐疑此中涉及某些大年夜公司的利益。

2. 大年夜多半的LED灯具的功率因数都是负值,也便是容性负载。而绝大年夜多半的家电都是感性负载,原先电业局都必要采纳大年夜型高压电容在变压器的次级加以补偿,现在有了LED灯具可以在负载端就加以补偿,这显然是好事,为什么还要加以限定。

3. 虽然现在很多LED驱动电源都加上了功率因数校对使其靠近于1。然则具有讥诮意味的是,当初之以是很多LED驱和记娱乐网页动芯片公司全力开拓高功率因数芯片的主要缘故原由是为了能够和可控硅调光器(Triac)相共同。由于原本的可控硅调光器只能用于功率因数为1的纯阻白炽灯。现在LED灯具前进了功率因数以是就可以和可控硅调光器相共同了。然则采纳可控硅调光器今后整体的功率因数却跟着毫光调暗而越来越差,直到小于0.5。而且整体的效率也越来越低,完全掉去了LED的高效节能的优点。下面是作者实测的可控硅调光系统的功率因数值:

由表中可见,纵然是功率因数已经改进至高于0.96的LED灯具,然则在和可控硅共同在一路进行调光时,当输入功率从9.4W调到6W时,其整体的功率因数就从0.96低落到0.635.而无法满意>0.7的要求了。更何况其整体的效率也异常低下。完全掉去LED灯具的高效节能的优点了。

实际上LED的最大年夜特征便是它很轻易实现低功率模拟调光以致无需功率的数字PWM调光。难以理解的是有关当局对付可控硅这样一个几十年曩昔的异常后进的调光器件却没有任何功率因数的限定,而且还对其去共同最先辈的LED应用置若罔闻。这种共同美其名曰“与现存设备兼容”。而实际上是随意率性迁就后进!

近来我们从日本买来一些日本本国应用的LED球泡灯,并且丈量了它的功率因数,所得结果如下:

由此看来,日本对付至少15W以下的球泡灯都没有功率因数的要求。这对付LED灯具在日本的迅速推广起了很大年夜的匆匆进感化。

停止语

科学成长不雅中最紧张的便是可持续成长。而此中重中之重便是节能减排。对付统统有助于节能减排的新生科技国家都应该加以作育。LED便是此中最紧张的一项。想当初国家还曾经免费发送每家每户一个节能灯以取代白炽灯。但节能灯存在着光效不敷高、有汞污染、易碎等很多问题。远远无法和LED比拟。现在LED已经日趋成熟,国家完全应该以更大年夜的力度从各方面来加以作育并逝世力推广!更不应该设置比节能灯更严格的功率因数的指标要求,来限定LED的成长!

责任编辑;zl

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