【周四·技术】汤征宁:功率因数是个什么玩意儿?(一)


  对于不熟悉电子技术的小伙伴尤其是经销商来讲,功率因数听得见摸不着,但是却在不经意间骚扰你。这期,我们就来讲讲什么是功率因数。
  功率因数是英语“Power Factor”的翻译,有时又被翻译成“功率因子”。首先,我们对功率因数给出定义:功率因数 = 有功功率/视在功率。这里,功率因数反映的就是,在传输电能的传输线上的损耗。请注意,这个损耗和用电设备本身的损耗并不是一回事!(见图 1)。

  这里所说的“视在功率”单位,不是一般的功率单位“瓦”,而是“乏”,英文为“VA”。接下来,我们对“有功功率”和“视在功率”逐一说明。所谓的“有功功率”就是实际上用电器消耗的功率,而所谓的“视在功率”从字面意义上说,有表面上是这个功率的意思,实际上它的定义是指输入的“均方根电流值”乘以“均方根电压值”的乘积,粗略来说就是输入用电的仪器的总电流和总电压的乘积。在实际用电情况下,往往“视在功率”要比“有功功率”大。为什么会造成这样的情况?以LED整灯为例,来说明“什么是传输线上的损耗”、“什么是灯具自身的损耗”。另外,图1中最右边的三个箭头代表灯具发出的光。
  这里,我以最简单的情况来说明:(见图2)

  以上两图表示,在交流电输入的情况下,电路中各有一个电感或电容的情况。图中符号“~”表示输入的为交流电,所以交流电为从电路的左边输入;红色的箭头表示正半周交流电电压的方向,蓝色的箭头表示负半周交流电电压的方向;符号“L”用来表示电感,符号“C”用来表示电容。
  简单来讲,一段时间内,交流电源在给电感(或者电容)传送能量,而在另一段时间内电感(或者电容)给交流电源传送能量。如果不计电感(或电容)上的电能损失,那么,电路中电感(或者电容)从外部的交流电源得到的电能正好等于电感和电容输出的电能。所以,最后这两部分两相抵消,电感(或电容)消耗的电能为0。请注意,我这里是说,从外部交流电源得到的电能等于输出的电能,而并没有说输出给外部电源的电能。原因就是,因为电能在线路上是有损失的,所以外部交流电源输出的电能也不等于电感(或电容)得到的电能。
  以下我们把这个电能用功率来表示,所以如果我们不管外部功率是“输出了”还是“得到了”功率,把这些功率加在一起求平均值的话,就得到了所谓“视在功率”(这里视在功率不等于0)。而最后这个例子里的电感(或电容),在不计消耗的情况下没有消耗外部电源给予其的能量,而是全部返还给了外界,所以在这个例子中电感(或电容)的所谓“有功功率”等于0。这样我们可以算出,在不计消耗的前提下,电路中有电感(或者电容)的情况(专业术语称之为“纯电感”或“纯电容”电路)中,整个电路的功率因数为:
  功率因数 =有功功率(=0)/视在功率(≠0)= 0
  所以这个电路中功率因数为0。这个极端的例子表明了用电的仪器并没有用电,而实际上传输线上已经有电能损耗了。当然,从现实情况来说,电感和电容都不可能完全无消耗,所以功率因数不可能完全为0。
  (整理/黄嘉存 发自广州)
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