中心議題：

• LED照明與功率因數關係對比

解決方案：

• 功率因數偏低的害處
• 功率因數補償方法
• 功率因數與LED照明

交流電流過負載時
，加在該負載上的交流電壓與通過該負載的交流電流產生相位差，人們便從中引出功率因數這一概念。人們生產、生活用電來自電網
，電網提供頻率為50Hz或60Hz的交流電。作為交流電的負載有電阻
、電感、電容三種類型。

當交流電通過純電阻負載時，加在該電阻上的交流電壓與通過該電阻的交流電流是同相位的，即它們之間的相位夾角ф=0°
，同時在電阻負載上消耗有功功率，電網要供出能量。當交流電通過純電感負載時
，其上的交流電壓的相位超前交流電流相位90°，它們之間的夾角ф=90°
，zaidianganfuzaishangchanshengwugonggonglv，dianwanggonggeidediannengzaidianganzhongbianweicichangnengduanzanchucunhouyouhuikuidaodianwangbianweidianneng

，rucizhouqixingxunhuanbuyi
，jieguodianwangbingbugongchunengliang
，guwei“無功功率”

，但產生“無功功率”的“無功電流”還是實際存在的。當交流電通過純電容負載時，亦類似於此
，隻不過其上的交流電壓的相位滯後交流電流相位90°，它們之間的夾角ф=-90°。

這裏，定義相位角度超前為正
，相位角度滯後為負。實際負載是電阻、電感的感抗、電容的容抗三種類型的複物，複合後統稱“阻抗”，寫成數學式即是：阻抗Z=R+j(XL–XC)。其中R為電阻，XL為感抗
，XC為容抗。如果(XL–XC)>0
，稱為“感性負載”
；反之，如果(XL–XC)<0稱為“容性負載”。交流電通過感性負載時
，交流電壓的相位超前交流電流相位(0°<ф<90°)；交流電通過容性負載時，交流電壓的相位滯後交流電流相位(-90°<ф<0°)；電工學定義該角度ф為功率因數角，功率因數角ф的餘弦值即Cosф叫做功率因數。對於電阻性負載，其電壓與電流的位相差為0°，因此，電路的功率因數為1最大（Cos0°=1）
；而純電感電路，電壓與電流的位相差為90°，並且是電壓超前電流；在純電容電路中
，電壓與電流的位相差則為-90°
，即電流超前電壓。在後兩種電路中，功率因數都為零（Cos90°=0）。對於一般性負載的電路
，功率因數就介於0與1之間。由數學式阻抗Z=R+j(XL–XC)
，如果XL=XC，則Z=R；即阻抗Z變成了一個純電阻，功率因數便等於1。

這(zhe)就(jiu)是(shi)說(shuo)，感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)和(he)容(rong)性(xing)負(fu)載(zai)可(ke)以(yi)互(hu)相(xiang)補(bu)償(chang)，一(yi)個(ge)電(dian)路(lu)裏(li)的(de)感(gan)性(xing)元(yuan)件(jian)的(de)感(gan)抗(kang)值(zhi)正(zheng)好(hao)等(deng)於(yu)容(rong)性(xing)元(yuan)件(jian)的(de)容(rong)抗(kang)值(zhi)則(ze)可(ke)以(yi)完(wan)全(quan)補(bu)償(chang)

，功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)補(bu)償(chang)的(de)辦(ban)法(fa)就(jiu)源(yuan)於(yu)此(ci)。交(jiao)流(liu)電(dian)通(tong)過(guo)阻(zu)抗(kang)負(fu)載(zai)時(shi)，產(chan)生(sheng)的(de)總(zong)功(gong)率(lv)S稱“視在功率”
，視在功率S包括有功功率P和無功功率Q兩個分量。其中有功功率P=S*Cosф，無功功率Q=S*Sinф。隻有當功率因數Cosф值等於最大值1即ф=0°時

，無功分量Q才等於零，有功功率P等於視在功率S的值。但負載的實際工作能力隻與有功功率相關

功率因數偏低的害處

1）供電設備的帶負載能力被打了折扣，即降低了帶負載能力。如某設備能供出100KVA的視在功率，若功率因數為0.7，則隻能供出70KW的有功功率了
；若功率因數為0.9，則能供出90KW的有功功率，可見提高功率因數很有意義。

2）輸電線路由於無功電流存在
，增加了輸電線路損耗。例如功率因數為0.7，要供出70KW的有功功率
，則需要供出100KVA的視在功率，輸電線路的電流增大，線路損耗必然增大。

功率因數補償方法

供電部門供的電能是以“視在功率”來計算的
，但是收電費卻是以“有功功率”來計算的，用戶的“電度表”實為“有功功率表”，兩者之間有一個“功率因數”折(zhe)扣(kou)
，所(suo)以(yi)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)是(shi)供(gong)電(dian)部(bu)門(men)非(fei)常(chang)在(zai)意(yi)的(de)一(yi)個(ge)數(shu)據(ju)。用(yong)戶(hu)如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)達(da)到(dao)理(li)想(xiang)的(de)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)

，相(xiang)對(dui)地(di)就(jiu)是(shi)在(zai)消(xiao)耗(hao)供(gong)電(dian)部(bu)門(men)的(de)資(zi)源(yuan)。目(mu)前(qian)就(jiu)國(guo)內(nei)而(er)言(yan)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)規(gui)定(ding)是(shi)必(bi)須(xu)介(jie)於(yu)電(dian)感(gan)性(xing)的(de)0.9～1之間。
可采取以下方式進行功率因數補償：

1）半集中、jizhongbuchangfa，yaoqiuyongdianqiyedegegepeidianfangbixuanzhuanggonglvyinshuzikongzhuangzhi，shishijiancegonglvyinshudaxiao，zidongtouruhuoqiechubuchangdianlidianrongqidegeshu，yongyudiandongjiyunxingbuchang（因企業主要用電負荷是電動機），做到局部用電網絡功率因數達標。這個辦法從上世紀七十年代末、八十年代初便已強製實施

，至今少說已有二十多年。還有各個供電所也安裝功率因數自控裝置，對其下轄供電區域進一步補償。

2）分fen散san補bu償chang法fa，要yao求qiu每mei個ge用yong電dian器qi具ju設she計ji時shi便bian采cai用yong先xian進jin技ji術shu
，滿man足zu功gong率lv因yin數shu達da標biao
，這zhe樣yang不bu論lun何he時shi何he地di用yong電dian均jun能neng保bao證zheng功gong率lv因yin數shu達da標biao。但dan這zhe樣yang做zuo會hui增zeng加jia成cheng本ben

、增加電器體積，而有的電器對體積大小限製很嚴格
，加大了設計難度。

電光源照明燈具與功率因數補償的回顧電光源是由白熾燈泡開始的，白熾燈泡是純電阻負載
，沒有功率因數補償的問題。上世紀50年(nian)代(dai)後(hou)，日(ri)光(guang)燈(deng)迅(xun)速(su)普(pu)及(ji)成(cheng)了(le)主(zhu)要(yao)的(de)照(zhao)明(ming)燈(deng)具(ju)，鎮(zhen)流(liu)器(qi)用(yong)的(de)是(shi)矽(gui)鋼(gang)片(pian)電(dian)感(gan)，可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)，壽(shou)命(ming)長(chang)，至(zhi)今(jin)仍(reng)有(you)少(shao)量(liang)采(cai)用(yong)的(de)
，大(da)多(duo)數(shu)沒(mei)有(you)什(shen)麼(me)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)補(bu)償(chang)措(cuo)施(shi)，可(ke)能(neng)是(shi)受(shou)到(dao)成(cheng)本(ben)因(yin)素(su)的(de)影(ying)響(xiang)
，抑(yi)或(huo)人(ren)們(men)對(dui)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)補(bu)償(chang)不(bu)甚(shen)了(le)解(jie)，節(jie)能(neng)意(yi)識(shi)不(bu)強(qiang)。也(ye)有(you)加(jia)接(jie)適(shi)當(dang)容(rong)量(liang)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)作(zuo)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)補(bu)償(chang)的(de)，多(duo)用(yong)在(zai)30W、40W大瓦數日光燈上

，20W以下很少用。

上世紀90年代後
，人們的環保

、節(jie)能(neng)意(yi)識(shi)增(zeng)強(qiang)，開(kai)發(fa)出(chu)三(san)基(ji)色(se)螢(ying)光(guang)粉(fen)節(jie)能(neng)燈(deng)
，其(qi)光(guang)功(gong)效(xiao)更(geng)高(gao)。電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)也(ye)隨(sui)後(hou)問(wen)世(shi)
，配(pei)上(shang)三(san)基(ji)色(se)螢(ying)光(guang)粉(fen)燈(deng)管(guan)，節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)更(geng)加(jia)顯(xian)著(zhu)。國(guo)內(nei)外(wai)一(yi)些(xie)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)廠(chang)商(shang)推(tui)出(chu)了(le)帶(dai)有(you)源(yuan)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)補(bu)償(chang)的(de)燈(deng)用(yong)芯(xin)片(pian)，用(yong)於(yu)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)，性(xing)能(neng)優(you)秀(xiu)，但(dan)增(zeng)加(jia)了(le)成(cheng)本(ben)和(he)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)體(ti)積(ji)，老(lao)百(bai)姓(xing)還(hai)不(bu)能(neng)接(jie)受(shou)它(ta)的(de)價(jia)格(ge)，大(da)約(yue)隻(zhi)用(yong)在(zai)高(gao)端(duan)燈(deng)具(ju)產(chan)品(pin)上(shang)。大(da)量(liang)的(de)普(pu)及(ji)型(xing)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)包(bao)括(kuo)用(yong)於(yu)節(jie)能(neng)燈(deng)的(de)都(dou)沒(mei)有(you)加(jia)什(shen)麼(me)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)補(bu)償(chang)措(cuo)施(shi)，這(zhe)在(zai)市(shi)麵(mian)流(liu)行(xing)的(de)節(jie)能(neng)燈(deng)、日光燈上隨處可見。也就是說以往的燈具基本上沒有什麼功率因數補償措施，但大家都在用。

功率因數與LED照明

LED耗電更省
，燈具功率比起節能燈還要小。LED照明當然更為進步，對環境保護、節能減排更為適宜。LED燈具是否加功率因數補償
，筆者的看法是：

1）據專家分析，LED為容性負載。電網的感性負載甚多，例如電動機、變壓器等等。往往需要接入容性負載進行補償，功率因數自控裝置就是作此用途的。LED為容性負載，恰恰補償了電網因感性負載多導致功率因數低的問題，正是用得其所。源於這種認識，筆者認為LED照明燈具原則上無需加功率因數補償措施。

2）室內照明用的單盞LED燈具均是小功率的，功率不會超過30W。燈具功率小對電網的影響也小，筆者認為這類燈具完全可以免去功率因數補償措施，加了反而不好，反而會失去LED燈具是容性負載能夠補償電網因感性負載多導致功率因數低的功能。這些小功率燈具多是小體積緊湊型的
，內部空間十分有限
，例如MR16
、PAR30、PAR38燈杯
，電源PCB板(ban)增(zeng)大(da)後(hou)放(fang)不(bu)下(xia)，就(jiu)是(shi)好(hao)心(xin)想(xiang)加(jia)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)補(bu)償(chang)措(cuo)施(shi)也(ye)加(jia)不(bu)進(jin)。還(hai)有(you)加(jia)了(le)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)補(bu)償(chang)後(hou)會(hui)帶(dai)來(lai)效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang)的(de)副(fu)作(zuo)用(yong)
，或(huo)雲(yun)得(de)不(bu)償(chang)失(shi)。再(zai)則(ze)成(cheng)本(ben)增(zeng)加(jia)影(ying)響(xiang)銷(xiao)售(shou)。何(he)況(kuang)供(gong)電(dian)部(bu)門(men)已(yi)采(cai)取(qu)了(le)應(ying)對(dui)措(cuo)施(shi)對(dui)電(dian)網(wang)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)，燈(deng)具(ju)廠(chang)家(jia)大(da)可(ke)不(bu)必(bi)再(zai)去(qu)畫(hua)蛇(she)添(tian)足(zu)。

3）功率100W以上的可以考慮加功率因數補償措施，功率大的負載對電網的影響也大，例如一百瓦到數百瓦的LED路燈。路燈屬於公益事業，成本略增加一點無大礙，電源PCB板增大一點也有位置可放。加功率因數補償措施可以幫助供電部門減輕一些調節負擔
，防止容性負載過大產生過度補償。