探討LED燈具的功率因數(shù)（二）

LED燈具的功率因數(shù)

因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/LED">LED是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，它需要直流供電，如果用市電供電的話，就一定會(huì)有一個(gè)整流器，通常是二極管整流橋。為了得到盡可能平滑的直流避免出現(xiàn)紋波閃爍，通常都需要加上一個(gè)大電解電容。而后面的LED可以近似為一個(gè)電阻，所以整個(gè)電路如圖3所示。

其各種電流電壓如圖4所示。

整流后的電壓電流波形都不是正弦波，而且雖然整流前的電壓波形是正弦波，但是其電流波形也不是正弦波。所以整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)。而本來(lái)功率因數(shù)是針對(duì)線性系統(tǒng)定義的，而且要求輸入輸出電壓電流都是同頻率的正弦形，否則的話無(wú)法采用Cosφ。但是在非正弦系統(tǒng)中，因?yàn)殡妷弘娏鞑ㄐ味疾皇钦也?，是沒(méi)有什么相位角可以說(shuō)的。所以非線性系統(tǒng)中的功率因數(shù)必須重新定義。

圖3. LED燈具的等效電路

圖4. 橋式整流加電容濾波后的電壓電流波形

如前所述功率因數(shù)的另一個(gè)定義是有功功率和視在功率之比。有功功率是指實(shí)際輸出的功率，而視在功率是指輸入電壓有效值和輸入電流有效值的乘積。這個(gè)在正弦波系統(tǒng)里是完全可以和Cosφ等效的，所以是沒(méi)有問(wèn)題的。但是在非線性系統(tǒng)里，什么是有功功率什么是視在功率就很值得探討的了。

因?yàn)樵诜蔷€性系統(tǒng)里，其電流波形有很多高次諧波(見(jiàn)圖5)，

圖5. 普通橋式整流器的電流高次諧波

所以到底拿什么來(lái)作為其視在功率，就是一個(gè)很大的問(wèn)題?，F(xiàn)在有各種做法。

1.將電流的基波有效值和正弦電壓有效值相乘來(lái)作為其視在功率，或是把基波電流相位的余弦作為功率因數(shù)，或是把電流波形的過(guò)零點(diǎn)相位的余弦作為功率因素。有些儀器就是這樣來(lái)測(cè)量的。由這個(gè)電流的波形圖中就可以看出，這種波形的高次諧波非常豐富，其基波很小，如果用基波電流來(lái)乘基波電壓，那么是得到的功率相比有功功率就很小，這樣它的功率因數(shù)就會(huì)很高甚至有可能大于1。

例如在一些指針式的功率因素計(jì)就是如此。

2.采用電壓的有效值和電流的有效值相乘來(lái)作為視在功率。

現(xiàn)在很多數(shù)字式功率因數(shù)儀是采用電壓有效值和電流有效值的乘積來(lái)作為視在功率的。

對(duì)于非正弦波電流的有效值可以用各次諧波電流的均方根值來(lái)表示：

如果定義功率因數(shù)等于實(shí)際功率和視在功率之比

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