也谈灯具的功率因素

前段时间在网上闲逛，看到一篇《灯具PFC功能》的文章，大致阅读了一下，感觉对PFC的解说不是很清晰，笔者恰好对PFC有那么一知半解，也不妨拿出来弄一“斧”。

    灯具中的一个非常重要的参数——功率因素（PFC）往往容易被人们忽略，那么什么是功率因素，功率因素有什么意义呢？

　　1、功率因素

    功率因数表征着灯具输出有功功率的能力。功率是能量的传输率的度量，在直流电路中它是电压V和电流A和乘积。在交流系统里则要复杂些：即有部分交流电流在负载里循环不传输电能，它称为电抗电流或谐波电流，它使视在功率( 电压Volt乘电流Amps)大于实际功率。视在功率和实际功率的不等引出了功率因素，功率因素等于实际功率与视在功率的比值。所以交流系统里实际功率等于视在功率乘以功率因素。 即：功率因素＝实际功率/视在功率。只有电加热器和灯泡等线性负载的功率因素为1，许多设备的实际功率与视在功率的差值很小，可以忽略不计，而像容性设备如灯具的这种差值则很大、很重要。最近美国PC Magazine 杂志的一项研究表明灯具的典型功率因素为0.65，即视在功率(VA)比实际功率(Watts)大50％！  

    2、视在功率

    视在功率：即交流电压和交流电流的乘积。用公式表示为：S=UI。式中，S是额定输出功率，单位是VA（伏安）；U是额定输出电压，单位是V， 如220V、380V等；Ｉ是额定输出电流，单位是Ａ。视在功率包括两部分：有功功率（Ｐ）和无功功率（Ｑ）。有功功率是指直接做功的部分。比如使灯发亮、使电机转动、使电子电路工作等。因为这个功率做功后都变成了热量，可以直接被人们感觉到，所以有些人就产生一个错觉，即把有功功率当成了视在功率，孰不知有功功率只是视在功率的一部分，用式表示：Ｐ＝Ｓcosθ＝UIcosθ＝ＵI•F。式中，Ｐ是有功功率，单位是Ｗ（瓦）；Ｆ＝cosθ被称为功率因数，而θ是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。无功功率是储藏在电路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Ｑ＝Ｓsinθ＝UIsinθ。式中，Ｑ为无功功率，单位是var（乏）。  　　

    对于灯具和其它一切靠直流电压工作的电子电路，离开无功功率是根本无法工作的。一般用户都认为灯具之类的设备只需要有功功率，而不需要无功功率。既然无功功率不做功，要它何用！于是他们当然就认为功率因数为１的灯具最好。因为它能给出最大输出功率。然而，实际情况并非如此。
  　　
　　假如有一灯具，当交流市电输入后进行整流，就得到脉动直流电压，若不将脉动电压进行任何加工，就直接提供给灯具，毫无疑问，电路根本无法正常工作。虽然这时灯具的功率因数接近于１，可这又有何用呢。为了让灯具电路能正常工作，必须向其提供平滑了的直流电压。这个“平滑”工作必须由接在灯具整流器后面的滤波电容器Ｃ来完成。这个滤波器就像一个水库，电容器里面必须储存足够数量的电荷，在整流半波之间的空白时，使电路上的工作电压仍不间断，能保持正常电平。换句话说，即使在两个脉动半波之间无输入电能时，Ｕc的电压电平也无显著的变化，这个功能是靠电容器内的储能来实现的，储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。所以说，灯具是靠无功功率的支持，才能保证电路正确运用有功功率实现正常使用的。因此可以说，灯具不但需要有功功率，也需要无功功率，两者缺一不可。