中心議題：

• 交流電負載的類型及特點
• 功率因數與交流電負載的關係
• 功率因數與LED照明的關係

交流電的負載類型

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：

1、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。

2
、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，rucizhouqixingxunhuan，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。

3、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”。

功率因數與交流電負載的關係

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（Cos 0°=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（Cos 90°= 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。

功率因數與LED照明

本文主要敘述了功率因數、功率因數補償的概念，由LED燈具容性負載特點

，論證在LED照明燈具內無需增加功率因數補償電路的結論。

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。
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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”zhekou，suoyigonglvyinshushigongdianbumenfeichangzaiyideyigeshuju。yonghuruguomeiyoudadaolixiangdegonglvyinshu
，xiangduidijiushizaixiaohaogongdianbumendeziyuan。muqianjiuguoneieryangonglvyinshuguidingshibixujieyudianganxingde0.9～1之間。

可采取以下方式進行功率因數補償：
(1)    半集中、集ji中zhong補bu償chang法fa
，要yao求qiu用yong電dian企qi業ye的de各ge個ge配pei電dian房fang必bi須xu安an裝zhuang功gong率lv因yin數shu自zi控kong裝zhuang置zhi
，實shi時shi檢jian測ce功gong率lv因yin數shu大da小xiao，自zi動dong投tou入ru或huo切qie除chu補bu償chang電dian力li電dian容rong器qi的de個ge數shu，用yong於yu電dian動dong機ji運yun行xing補bu償chang（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。

LED燈具是否加功率因數補償？

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PCBbanzengdahoufangbuxia
，jiushihaoxinxiangjiagonglvyinshubuchangcuoshiyejiabujin。haiyoujialegonglvyinshubuchanghouhuidailaixiaolvxiajiangdefuzuoyong，huoyundebuchangshi。zaizechengbenzengjiayingxiangxiaoshou。hekuanggongdianbumenyicaiquleyingduicuoshiduidianwanggonglvyinshujinxingbuchang，dengjuchangjiadakebubizaiquhuashetianzu。

(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。