家用電器功率因數(shù)初探-建筑電氣2012.7
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家用電器功率因數(shù)初探-建筑電氣2012.7
【摘要】 隨著技術(shù)發(fā)展，眾多用電設(shè)備的自然功率因數(shù)在發(fā)生變化。通過對電容濾波的電子整流電路進(jìn)行分析，同時用簡單的設(shè)備和儀
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建 筑電乞。
·—··_·____ BUlL0ING
21：3 1 2年第7期 I ELECTRlClTY
家 用 電 器 功 率 因 數(shù) 初 探
Preliminary Study on Power Factor of Household Appliances
謝 寧 (浙江慈溪市工業(yè)設(shè)計院有限公司，浙江省慈溪市 315300)
黃海萍 (浙江慈溪市中等專業(yè)學(xué)校，浙江省慈溪市 315300)
Xie Ning(Zhejiang Cixi Industrial Design Institute Co．，Ltd．，Cixi 315300，Zhejiang Province，China)
Huang Haiping(Zhejiang Cixi Secondary Specialized School，Cixi 315300，Zhejiang Province，China)
Abstract With the development of technology， 用電設(shè)備的功率因數(shù)呈感性或容性 、數(shù)值大小 ，
the nature power factors of various household 對無功補(bǔ)償元件采用電容還是電感、取值大小起著決
appliances are changed as wel1．On the basis of 定性作用。
analysis of electronic rectifying circuit of capacitor 傳統(tǒng)負(fù)荷大都呈阻性、電感電阻性，其功率因數(shù)
filter，power factors of some household appliances with 基本上是電流滯后電壓的正功率因數(shù)。隨著新技術(shù)的
none pure resistance are measured actually with simple
發(fā)展，愈來愈多呈容性的負(fù)荷大量出現(xiàn)，由于容性電
equipment and instrument，and accordingly， advises
流和感性電流相位相反且相互抵消，在計算無功補(bǔ)償
on the power factor value and reactive compensation of
時，應(yīng)與時俱進(jìn)地更新設(shè)計理念。
power loads in residence communities are proposed．
本文對非純阻性家用電器的功率因數(shù)進(jìn)行理論分
Key words Power factor Inductive load
析和波形實(shí)測，對功率因數(shù)呈現(xiàn)的是感性還是容性 ，
Capacitive load Leading current Lagging current
其值大小如何，進(jìn)行初步研討。
Reactive compensation
1 電容濾波單相不可控整流電路功率因數(shù)的
摘 要 隨著技術(shù)發(fā)展 ．眾多用電設(shè)備的 自然
理論分析
功率因數(shù)在發(fā)生變化。通過對電容濾波的電子整流電
由于現(xiàn)代電器廣泛地采用了電子整流電路．而又
路進(jìn)行分析，同時用簡單的設(shè)備和儀表，對一些非純
由于電容與電感相比，體積小、成本低的特點(diǎn) ，被普
阻性家用電器的功率因數(shù)進(jìn)行實(shí)測。在此基礎(chǔ)上對住
遍用作中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件。小功率單相用電設(shè)
宅小區(qū)用電負(fù)荷功率因數(shù)取值和無功補(bǔ)償提 出新的
備中，廣泛地采用了圖1所示的電容濾波單相不可控
建議。
全波整流電路。
關(guān)鍵詞 功率因數(shù) 感性負(fù)荷 容性負(fù)荷 超前
電流 滯后電流 無功補(bǔ)償
0 引言
配電設(shè)計的負(fù)荷計算中，用電設(shè)備功率因數(shù)是必
不可少的基礎(chǔ)參數(shù)．涉及到計算電流的大小及開關(guān)額
圖1 單相全波整流電路
定電流、線纜截面等參數(shù)的選擇。 Fig．1 Single phase full wave rectifying circuit
作者信息
謝 寧，男，浙江慈溪市工業(yè)設(shè)計院有限公司，工程師。
黃海萍，女，浙江慈溪市中等專業(yè)學(xué)校，中學(xué)一級。
■一 I 一
456 http：／／"drWW．jzdq net．cn從模擬電子學(xué)中可知，由于整流二極管單相導(dǎo)電 合成電流也應(yīng)是超前電壓的。
和 P—N結(jié)正相壓降很小 (約 0．7 V)的特性，只有 整流電路電源側(cè)的功率因數(shù)由基波電流相移 (位
在外加正弦交流電壓為正時 ，整流二極管正 向?qū)?， 移 因數(shù) )和電流波形畸變 (基波 因數(shù) )兩個 因數(shù)決
才有電流流過二極管向后續(xù)電路提供 電能。而且由于 定。電路功率因數(shù)為 …：
電解電容上電壓存在，只有輸入電壓大于電容端電壓 A=u cos 1
時 ，才有外電源向電容充電，同時向負(fù)荷供電。由于 式中： —— 基波因數(shù)， =， ／，，即基波電流有效
電源內(nèi)阻很小 ，電容端電壓與外電壓同步 ，按正弦變 值和總電流有效值之比：
化 ，隨著電解電容經(jīng)充電后端電壓升高到外加電壓峰 cos —— 位移因數(shù)或基波功率因數(shù)。
值時充電基本結(jié)束。過峰值后，輸入電壓按正弦規(guī)律 由于基波因數(shù)是正數(shù) ，相位特性 (超前或滯后)
下降，電容器端電壓按指數(shù)規(guī)律向負(fù)荷放電而降低， 由位移因數(shù)決定，也即由 。決定。從圖2可知，i 。是
當(dāng)外加 電壓低于電容端電壓時 ．整流二極管反向截 基波電流的波形，其功率因數(shù)角 ，有超前的特性 …。
止 。當(dāng)外電源下半波電壓高于放 電后 的電容端電壓
時，又經(jīng)二極管向電容充電并向負(fù)荷供電，這樣周而
復(fù)始地工作。
從電工學(xué)中可知電容器上電荷為 Q =cX Uc(t)，
而流過電容器的電流為： O
dQc
．
： c
dt 圖 2 單相全波整流電路波形
Fig．2 Waveforms of single phase full wave
當(dāng)電源電壓 是正弦波時：
rectifying circuit
u=Um sin(tot+6)
只有采用有源功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)才能
i ：
做到 O．95以上[1I 2_。如果在上述電路中若沒有其它功
dUm sin(tot+6) 率因數(shù)校正 等技術(shù)措施 ，電路將呈 電流超前電壓
一 —
dt 的阻容性。
Ctoum COS(tot+6)
= 2 電容濾波不可控整流電路的用電設(shè)備實(shí)
= CtoUm sin(tot+6+÷ ) 測波形及分析
從上述公式可見 ．流過電容器的電流也 為正弦 2．1 波形測試電路
波，超前于電壓。這符合整流剛開始時，外電壓的上 波形測試電路見圖 3。測試儀器采用 UTD20OOE
升變化快，充電電流大，隨著外電壓接近峰值 ，變化
L
緩慢 ，充電電流也隨著減小 ，直至為零的規(guī)律。
而流過電阻負(fù)荷的電流為：
sin(tot+6)
，
— — 一
N
由此可見 。流過電阻的電流是正弦波 ．與電壓同
相。 即使負(fù)荷是阻感性、甚至純感性，由于充電時
間小于放電時間，充電期間電容的充電量大于同期向
數(shù)字存儲示波器
負(fù)荷供電的放電量 ，即容性電流大于阻性 、阻感性、
圖3 測試電路
·—··_·____ BUlL0ING
21：3 1 2年第7期 I ELECTRlClTY
家 用 電 器 功 率 因 數(shù) 初 探
Preliminary Study on Power Factor of Household Appliances
謝 寧 (浙江慈溪市工業(yè)設(shè)計院有限公司，浙江省慈溪市 315300)
黃海萍 (浙江慈溪市中等專業(yè)學(xué)校，浙江省慈溪市 315300)
Xie Ning(Zhejiang Cixi Industrial Design Institute Co．，Ltd．，Cixi 315300，Zhejiang Province，China)
Huang Haiping(Zhejiang Cixi Secondary Specialized School，Cixi 315300，Zhejiang Province，China)
Abstract With the development of technology， 用電設(shè)備的功率因數(shù)呈感性或容性 、數(shù)值大小 ，
the nature power factors of various household 對無功補(bǔ)償元件采用電容還是電感、取值大小起著決
appliances are changed as wel1．On the basis of 定性作用。
analysis of electronic rectifying circuit of capacitor 傳統(tǒng)負(fù)荷大都呈阻性、電感電阻性，其功率因數(shù)
filter，power factors of some household appliances with 基本上是電流滯后電壓的正功率因數(shù)。隨著新技術(shù)的
none pure resistance are measured actually with simple
發(fā)展，愈來愈多呈容性的負(fù)荷大量出現(xiàn)，由于容性電
equipment and instrument，and accordingly， advises
流和感性電流相位相反且相互抵消，在計算無功補(bǔ)償
on the power factor value and reactive compensation of
時，應(yīng)與時俱進(jìn)地更新設(shè)計理念。
power loads in residence communities are proposed．
本文對非純阻性家用電器的功率因數(shù)進(jìn)行理論分
Key words Power factor Inductive load
析和波形實(shí)測，對功率因數(shù)呈現(xiàn)的是感性還是容性 ，
Capacitive load Leading current Lagging current
其值大小如何，進(jìn)行初步研討。
Reactive compensation
1 電容濾波單相不可控整流電路功率因數(shù)的
摘 要 隨著技術(shù)發(fā)展 ．眾多用電設(shè)備的 自然
理論分析
功率因數(shù)在發(fā)生變化。通過對電容濾波的電子整流電
由于現(xiàn)代電器廣泛地采用了電子整流電路．而又
路進(jìn)行分析，同時用簡單的設(shè)備和儀表，對一些非純
由于電容與電感相比，體積小、成本低的特點(diǎn) ，被普
阻性家用電器的功率因數(shù)進(jìn)行實(shí)測。在此基礎(chǔ)上對住
遍用作中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件。小功率單相用電設(shè)
宅小區(qū)用電負(fù)荷功率因數(shù)取值和無功補(bǔ)償提 出新的
備中，廣泛地采用了圖1所示的電容濾波單相不可控
建議。
全波整流電路。
關(guān)鍵詞 功率因數(shù) 感性負(fù)荷 容性負(fù)荷 超前
電流 滯后電流 無功補(bǔ)償
0 引言
配電設(shè)計的負(fù)荷計算中，用電設(shè)備功率因數(shù)是必
不可少的基礎(chǔ)參數(shù)．涉及到計算電流的大小及開關(guān)額
圖1 單相全波整流電路
定電流、線纜截面等參數(shù)的選擇。 Fig．1 Single phase full wave rectifying circuit
作者信息
謝 寧，男，浙江慈溪市工業(yè)設(shè)計院有限公司，工程師。
黃海萍，女，浙江慈溪市中等專業(yè)學(xué)校，中學(xué)一級。
■一 I 一
456 http：／／"drWW．jzdq net．cn從模擬電子學(xué)中可知，由于整流二極管單相導(dǎo)電 合成電流也應(yīng)是超前電壓的。
和 P—N結(jié)正相壓降很小 (約 0．7 V)的特性，只有 整流電路電源側(cè)的功率因數(shù)由基波電流相移 (位
在外加正弦交流電壓為正時 ，整流二極管正 向?qū)?， 移 因數(shù) )和電流波形畸變 (基波 因數(shù) )兩個 因數(shù)決
才有電流流過二極管向后續(xù)電路提供 電能。而且由于 定。電路功率因數(shù)為 …：
電解電容上電壓存在，只有輸入電壓大于電容端電壓 A=u cos 1
時 ，才有外電源向電容充電，同時向負(fù)荷供電。由于 式中： —— 基波因數(shù)， =， ／，，即基波電流有效
電源內(nèi)阻很小 ，電容端電壓與外電壓同步 ，按正弦變 值和總電流有效值之比：
化 ，隨著電解電容經(jīng)充電后端電壓升高到外加電壓峰 cos —— 位移因數(shù)或基波功率因數(shù)。
值時充電基本結(jié)束。過峰值后，輸入電壓按正弦規(guī)律 由于基波因數(shù)是正數(shù) ，相位特性 (超前或滯后)
下降，電容器端電壓按指數(shù)規(guī)律向負(fù)荷放電而降低， 由位移因數(shù)決定，也即由 。決定。從圖2可知，i 。是
當(dāng)外加 電壓低于電容端電壓時 ．整流二極管反向截 基波電流的波形，其功率因數(shù)角 ，有超前的特性 …。
止 。當(dāng)外電源下半波電壓高于放 電后 的電容端電壓
時，又經(jīng)二極管向電容充電并向負(fù)荷供電，這樣周而
復(fù)始地工作。
從電工學(xué)中可知電容器上電荷為 Q =cX Uc(t)，
而流過電容器的電流為： O
dQc
．
： c
dt 圖 2 單相全波整流電路波形
Fig．2 Waveforms of single phase full wave
當(dāng)電源電壓 是正弦波時：
rectifying circuit
u=Um sin(tot+6)
只有采用有源功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)才能
i ：
做到 O．95以上[1I 2_。如果在上述電路中若沒有其它功
dUm sin(tot+6) 率因數(shù)校正 等技術(shù)措施 ，電路將呈 電流超前電壓
一 —
dt 的阻容性。
Ctoum COS(tot+6)
= 2 電容濾波不可控整流電路的用電設(shè)備實(shí)
= CtoUm sin(tot+6+÷ ) 測波形及分析
從上述公式可見 ．流過電容器的電流也 為正弦 2．1 波形測試電路
波，超前于電壓。這符合整流剛開始時，外電壓的上 波形測試電路見圖 3。測試儀器采用 UTD20OOE
升變化快，充電電流大，隨著外電壓接近峰值 ，變化
L
緩慢 ，充電電流也隨著減小 ，直至為零的規(guī)律。
而流過電阻負(fù)荷的電流為：
sin(tot+6)
，
— — 一
N
由此可見 。流過電阻的電流是正弦波 ．與電壓同
相。 即使負(fù)荷是阻感性、甚至純感性，由于充電時
間小于放電時間，充電期間電容的充電量大于同期向
數(shù)字存儲示波器
負(fù)荷供電的放電量 ，即容性電流大于阻性 、阻感性、
圖3 測試電路
AIGC"該內(nèi)容描述可能涉及到一篇發(fā)表于《建筑電氣》雜志2012年7月期的學(xué)術(shù)文章，主題為'家用電器功率因數(shù)初探'。文章詳細(xì)探討了在日常家庭用電環(huán)境中，各類家用電器（如冰箱、空調(diào)、電視、洗衣機(jī)等）在運(yùn)行時對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的功率因數(shù)問題。功率因數(shù)是衡量電能質(zhì)量的重要參數(shù)，它反映了交流電源的無功功率與視在功率之間的比率，過高或過低的功率因數(shù)都會對電力系統(tǒng)的效率和成本產(chǎn)生影響。因此，研究家用電器的功率因數(shù)有助于優(yōu)化電力資源配置，降低損耗，并促進(jìn)節(jié)能減排。文中可能會介紹家用電器功率因數(shù)的計算方法，分析不同家電設(shè)備的功率因數(shù)特性，以及提出改善措施和建議，以提高整個住宅區(qū)或建筑物的電力使用效率和經(jīng)濟(jì)效益。"
