EEPW论坛

显然，尽管电压还是正弦波，但是电流却变成了脉冲波。 对于这种非线性系统，本来就很难来定义它的功率因数，因为功率因数本来是从线性系统里得来的。还好大多数电子系统都是家用小型电器，它对于大的电力系统影响不大。所以当时国家规定75瓦以下的电子系统不要求功率因数。这也是很合理的。甚至于到现在为止，美国的能源之星对于一般的照明系统还规定了100W以下不要求功率因数。

在荧光灯出现的时候，从来没有提出过什么功率因数的要求，所以采用电感镇流的普通日光灯的功率因数在0.5左右，过去也没有任何规定来限制。

然而到了节能灯国家就规定了15W以下不要求功率因数，但是因为大多数节能灯都是在15W以下，所以这个规定对于节能灯的大规模推广没有什么影响。到了LED却规定了5W以下才不要求功率因数。似乎对于节能效果越好的灯具，对PF的要求就越苛刻!这实在是很难理解的!

因为现在对小功率的LED的功率因数有规定了，那么对这种非线性系统的功率因数总应该有个定义。要不然怎么来测试?然而，要对非线性系统的功率因数做个定义实在是太难了。为此，很多人提出了各种建议：

1. 利用电流的基波和电压之间的相位差的余弦作为功率因数。可是因为电流的基波是从傅氏变换得来的，傅氏变换只能等到它的幅度，而不能得到它的相位，相位是相对的，必须有一个对照才能够得到相位。而在做傅氏变换时并没有把电压的相位作为基准，所以得到的结果也没有相位。所以这种建议是无法实现的。

2. 把电流的过零点作为电流的起始相位，把这个相位和电压的相位差的余弦作为功率因数。但是因为电流的波形并不是正弦波，而是脉冲波。所以把一个脉冲波的过零点作为其起始相位也是没有道理的。

3. 最后终于有人想出一个很勉强的定义，就是把功率因数定义为有功功率和无功功率之比。

PF = 有功功率/无功功率

虽然在正弦波的线性系统里，如果用这个定义，至少在绝对值上是和Cosφ的绝对值是一样的。有功功率就是把电流投影到电压轴上再乘以电压值。而无功功率就是直接把电流矢量和电压矢量相乘而不考虑其相位差。显然，在线性系统里其绝对值是和Cosφ的绝对值是一致的，但是这种比值却是没有正负号的。

而且，如何在一个非线性系统里定义有功功率和无功功率也是一个很大的问题。

现在大多数是采用如下的公式：

其中

至于什么是相位因素就无人回答了。因为这个相位是无法得出的。

而且如果在非线性系统里用这个定义也就丢掉了功率因数Cosφ的正负号，因为功率是没有负功率的。由于所有的数字式功率因数计都采用了这个定义，结果也就丢掉了正负号。没有正负号的功率因数也失去了制定功率因素的根本意义!

三. 实测的功率因数

我们现在就来看一下真实世界里的功率因数情况。正因为其中的视在功率是很难定义的，也是很难测定的，所以就出现了采用不同的仪器测出的结果不一样。举例来说，有一个11瓦的球泡灯，其中采用了桥式整流器加上10uF电解电容，采用三种仪器测量，测出的结果如下：

三种仪器测试误差高达8%以上，完全不像测电压测电流测功率那么精准!

这么大的误差，假如要求PF一定要大于0.5，那么只要采用同惠的功率因数计，但是假如检测方一定要坚持采用远方的测试数据那就不合格了。这样的结果简直是使人们无所适从

想来想去应该采用电工系统里经官方认证的最经典的Cosφ计来测，其结果才最具有权威性。而且Cosφ测试仪不像数字测试仪，还能够得出正负号的。

四. 指针式功率因数计

仔细搜索一下可以发现正式电力系统采用的功率因数计大多数是指针式的，这种功率因数计也称为Cosφ计。有单相的，也有三相的。这种电动式的动圈式功率因数表的转动线圈改为二个垂直的动圈。电表的磁场由负载电路中的电流产生。垂直的动圈分别为A和B，A线圈串接电阻后与负载线路并联，B线圈串接电感后与负载线路并联，因此B线圈的电流会较A线圈落后。在功率因数为1时，A线圈的电流会和负载电流同相，因此A线圈会产生最大的力矩，使功率因数表的指针指向1.0的刻度。若功率因数为0时，B线圈的电流会和负载电流同相，因此B线圈会产生力矩，使功率因数表的指针指向0的位置。若功率因数界于0和1之间，会依二个线圈产生力矩的大小决定最后指针的位置。其外形如下。

指针式功率因数计

测试时的连接图

我们对一个102W的LED光引擎采用了数字式和指针式两种功率因数计，其测试结果如下：

光引擎的整流器(采用124uF电解电容)

带恒流源的102W光引擎

采用数字式功率和功率因数计所得结果和采用指针式功率因数计测得结果完全不同。

数字式测得PF = 0.6590

指针式测得PF = +0.9

这个结果是非常令人惊喜的，因为不需要加任何功率因数补偿就可以得到+0.9 的功率因数!而且这是最权威的结果，也是应该得到官方的承认的。

五. 结束语

实际上，对于非线性系统的功率因数定义，在国际上也有很多争议，据说一共有7种定义之多。难怪这个问题在美国还作为硕士论文的题目，在瑞典还作为博士论文的题目在研究。在中国的百度学术里也可以查到有3135篇论文在研究这个问题。奇怪的是，对于这样一个国际上都没有定论的指标，居然被官方确定为必须严格执行的指标，而且越是节能的灯具就要求越苛刻!真不知道这些官员是怎么想的!如果真的是这样，那么我看只能“上有政策下有对策”了!建议大家都来采用指针式的功率因数计来得到官方也无法否定的功率因数值!

学习了