這種所謂的「節能」設備對工業應用來說也許是有用的,因為其電費是根據PFC而不是實際功率收取的。

功率如何測量?

以瓦(W)和伏安(VA)為單位測量的功率通常可以互換,也常被認為是相同的。但從實際使用情況來看遠非如此:

實際功率(W)=電壓(V)×隨著時間變化的電流(I)

請注意,實際功率的測量單位是瓦(W),表示電流所做的實際功或負載消耗的實際能量。

電子系統通常都包含電感和電容,這些元件被稱為電抗元件,它們消耗的功率就是無功功率,單位為伏安電抗(VAR)。實際(有功)功率和無功功率合起來組成視在(或總)功率,單位是伏安。

何為功率因數?

功率因數(PF)是實際功率與視在功率之比:

功率因數(PF)=實際功率(W)÷視在功率(VA)

人們經常將W轉換為VA(W=VA),這是不準確的,除非設備的功率因數等於1。對於純阻性電路來說,比如白熾燈,功率因數為1,因為它的無功功率為0。

在交流電路中功率因數是一個很重要的因素,因為在提供同等真實功率的情況下,任何小於1的功率因數意味著電路的線路必須承載更大的電流。

我們來考慮具有以下特性的兩個馬達:

馬達1:2kW,230V,PF=0.7; 馬達2:2kW,230V,PF=1。

20171113TA01P1

從上述公式可以看出,雖然對兩個馬達來說總的功耗(2kW)是相等的,但具有較差功率因數的馬達1需要承載更大的電流。

通常帶有非阻性負載的電子設備的功率因數都小於1。比如緊湊型螢光燈(CFL)的功率因數在0.5~0.7之間,因製造商和額定功率的不同而不同,白熾燈的功率因數始終為1。

值得注意的是,住宅用戶是為實際功率,而不是作為功率因數結果的無功功率買單,因此純粹從電力消耗的角度來看,使用螢光燈對消費者來說有好處,家中相同強度的光所耗功率可顯著減少。對電力公司而言則沒有好處,電力公司必須將電力輸送到家中,無功功率越高,意味著輸電沿線的線路和變壓器等零件中的功率損失就越多。

功率因數小於1的電器有馬達、螢光燈、電冰箱、空調和消費性電子產品(如電視和電腦),這是因為它們包含某種類型的能量儲存元件,比如電容或電感。

PFC設備作用不大

PFC設備一般很簡單,就是一個作為額外負載並聯的電容。這兩種相反電抗的元件並聯在一起可以將電路總的無功功率調整到接近於0。當然,這種校正不會改變負載消耗的實際功率大小,但它會顯著減少視在功率,以及從230V電源消耗的總電流。

這是大眾市場中大多數節能設備背後的原理。如前所述,它們不會影響實際功率,因為住宅消費者按實際功率付費,所以也不會影響他們的月度帳單。

雖然PFC設備不會減少電費,但它確實會使感性負載在經過校正或改善功率因數後工作更有效率,因此也意味著電器設備的磨損折舊變得更少,比如對馬達來說消耗的電流降低了,從而能夠延長產品壽命。

PFC對住宅特別有用的一種情況是,家用逆變器或不斷電供應系統(UPS)等是能量備用系統的設計。將功率因數從0.65校正到1可以使體積減少35%(額定VA值不變),因此在功耗保持不變的情況下可以選擇更便宜的逆變器。

在當今的家電市場中,特別是用能源之星(Energy Star)來評定家電以來,空調等用馬達驅動的電器產品都已整合了大小合適的電容。

能源之星產品不僅定義了一台電器在各種工作模式下可以消耗的最大實際功率,還定義了電器要通過能源之星認證必須滿足的最大功率因數。舉例來說,針對遊戲控制台/電腦推出的能源之星版本5.1要求在滿負荷輸出時的功率因數大於0.9,或者最大額定輸出功率小於75W才能滿足要求。

再買一個PFC設備並連到你的電表,不過是在家中增加了一台對家用電器沒什麼用處的冗餘設備,實際上不能幫你省錢,只是一個行銷噱頭罷了。

技術/工程人員是不是也是這樣想的?有沒有城市依據千伏安(kVA)給住宅用戶計賬並收取他們無功功率的費用?未來是否會出現向住宅用戶收取無功功率電費的趨勢?