家用电器功率因数初探-建筑电气2012.7
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【摘要】 随着技术发展，众多用电设备的自然功率因数在发生变化。通过对电容滤波的电子整流电路进行分析，同时用简单的设备和仪
文本预览
建 筑电乞。
·—··_·____ BUlL0ING
21：3 1 2年第7期 I ELECTRlClTY
家 用 电 器 功 率 因 数 初 探
Preliminary Study on Power Factor of Household Appliances
谢 宁 (浙江慈溪市工业设计院有限公司，浙江省慈溪市 315300)
黄海萍 (浙江慈溪市中等专业学校，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， 用电设备的功率因数呈感性或容性 、数值大小 ，
the nature power factors of various household 对无功补偿元件采用电容还是电感、取值大小起着决
appliances are changed as wel1．On the basis of 定性作用。
analysis of electronic rectifying circuit of capacitor 传统负荷大都呈阻性、电感电阻性，其功率因数
filter，power factors of some household appliances with 基本上是电流滞后电压的正功率因数。随着新技术的
none pure resistance are measured actually with simple
发展，愈来愈多呈容性的负荷大量出现，由于容性电
equipment and instrument，and accordingly， advises
流和感性电流相位相反且相互抵消，在计算无功补偿
on the power factor value and reactive compensation of
时，应与时俱进地更新设计理念。
power loads in residence communities are proposed．
本文对非纯阻性家用电器的功率因数进行理论分
Key words Power factor Inductive load
析和波形实测，对功率因数呈现的是感性还是容性 ，
Capacitive load Leading current Lagging current
其值大小如何，进行初步研讨。
Reactive compensation
1 电容滤波单相不可控整流电路功率因数的
摘 要 随着技术发展 ．众多用电设备的 自然
理论分析
功率因数在发生变化。通过对电容滤波的电子整流电
由于现代电器广泛地采用了电子整流电路．而又
路进行分析，同时用简单的设备和仪表，对一些非纯
由于电容与电感相比，体积小、成本低的特点 ，被普
阻性家用电器的功率因数进行实测。在此基础上对住
遍用作中间直流环节的储能元件。小功率单相用电设
宅小区用电负荷功率因数取值和无功补偿提 出新的
备中，广泛地采用了图1所示的电容滤波单相不可控
建议。
全波整流电路。
关键词 功率因数 感性负荷 容性负荷 超前
电流 滞后电流 无功补偿
0 引言
配电设计的负荷计算中，用电设备功率因数是必
不可少的基础参数．涉及到计算电流的大小及开关额
图1 单相全波整流电路
定电流、线缆截面等参数的选择。 Fig．1 Single phase full wave rectifying circuit
作者信息
谢 宁，男，浙江慈溪市工业设计院有限公司，工程师。
黄海萍，女，浙江慈溪市中等专业学校，中学一级。
■一 I 一
456 http：／／"drWW．jzdq net．cn从模拟电子学中可知，由于整流二极管单相导电 合成电流也应是超前电压的。
和 P—N结正相压降很小 (约 0．7 V)的特性，只有 整流电路电源侧的功率因数由基波电流相移 (位
在外加正弦交流电压为正时 ，整流二极管正 向导通 ， 移 因数 )和电流波形畸变 (基波 因数 )两个 因数决
才有电流流过二极管向后续电路提供 电能。而且由于 定。电路功率因数为 …：
电解电容上电压存在，只有输入电压大于电容端电压 A=u cos 1
时 ，才有外电源向电容充电，同时向负荷供电。由于 式中： —— 基波因数， =， ／，，即基波电流有效
电源内阻很小 ，电容端电压与外电压同步 ，按正弦变 值和总电流有效值之比：
化 ，随着电解电容经充电后端电压升高到外加电压峰 cos —— 位移因数或基波功率因数。
值时充电基本结束。过峰值后，输入电压按正弦规律 由于基波因数是正数 ，相位特性 (超前或滞后)
下降，电容器端电压按指数规律向负荷放电而降低， 由位移因数决定，也即由 。决定。从图2可知，i 。是
当外加 电压低于电容端电压时 ．整流二极管反向截 基波电流的波形，其功率因数角 ，有超前的特性 …。
止 。当外电源下半波电压高于放 电后 的电容端电压
时，又经二极管向电容充电并向负荷供电，这样周而
复始地工作。
从电工学中可知电容器上电荷为 Q =cX Uc(t)，
而流过电容器的电流为： O
dQc
．
： c
dt 图 2 单相全波整流电路波形
Fig．2 Waveforms of single phase full wave
当电源电压 是正弦波时：
rectifying circuit
u=Um sin(tot+6)
只有采用有源功率因数校正电路，功率因数才能
i ：
做到 O．95以上[1I 2_。如果在上述电路中若没有其它功
dUm sin(tot+6) 率因数校正 等技术措施 ，电路将呈 电流超前电压
一 —
dt 的阻容性。
Ctoum COS(tot+6)
= 2 电容滤波不可控整流电路的用电设备实
= CtoUm sin(tot+6+÷ ) 测波形及分析
从上述公式可见 ．流过电容器的电流也 为正弦 2．1 波形测试电路
波，超前于电压。这符合整流刚开始时，外电压的上 波形测试电路见图 3。测试仪器采用 UTD20OOE
升变化快，充电电流大，随着外电压接近峰值 ，变化
L
缓慢 ，充电电流也随着减小 ，直至为零的规律。
而流过电阻负荷的电流为：
sin(tot+6)
，
— — 一
N
由此可见 。流过电阻的电流是正弦波 ．与电压同
相。 即使负荷是阻感性、甚至纯感性，由于充电时
间小于放电时间，充电期间电容的充电量大于同期向
数字存储示波器
负荷供电的放电量 ，即容性电流大于阻性 、阻感性、
图3 测试电路
·—··_·____ BUlL0ING
21：3 1 2年第7期 I ELECTRlClTY
家 用 电 器 功 率 因 数 初 探
Preliminary Study on Power Factor of Household Appliances
谢 宁 (浙江慈溪市工业设计院有限公司，浙江省慈溪市 315300)
黄海萍 (浙江慈溪市中等专业学校，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， 用电设备的功率因数呈感性或容性 、数值大小 ，
the nature power factors of various household 对无功补偿元件采用电容还是电感、取值大小起着决
appliances are changed as wel1．On the basis of 定性作用。
analysis of electronic rectifying circuit of capacitor 传统负荷大都呈阻性、电感电阻性，其功率因数
filter，power factors of some household appliances with 基本上是电流滞后电压的正功率因数。随着新技术的
none pure resistance are measured actually with simple
发展，愈来愈多呈容性的负荷大量出现，由于容性电
equipment and instrument，and accordingly， advises
流和感性电流相位相反且相互抵消，在计算无功补偿
on the power factor value and reactive compensation of
时，应与时俱进地更新设计理念。
power loads in residence communities are proposed．
本文对非纯阻性家用电器的功率因数进行理论分
Key words Power factor Inductive load
析和波形实测，对功率因数呈现的是感性还是容性 ，
Capacitive load Leading current Lagging current
其值大小如何，进行初步研讨。
Reactive compensation
1 电容滤波单相不可控整流电路功率因数的
摘 要 随着技术发展 ．众多用电设备的 自然
理论分析
功率因数在发生变化。通过对电容滤波的电子整流电
由于现代电器广泛地采用了电子整流电路．而又
路进行分析，同时用简单的设备和仪表，对一些非纯
由于电容与电感相比，体积小、成本低的特点 ，被普
阻性家用电器的功率因数进行实测。在此基础上对住
遍用作中间直流环节的储能元件。小功率单相用电设
宅小区用电负荷功率因数取值和无功补偿提 出新的
备中，广泛地采用了图1所示的电容滤波单相不可控
建议。
全波整流电路。
关键词 功率因数 感性负荷 容性负荷 超前
电流 滞后电流 无功补偿
0 引言
配电设计的负荷计算中，用电设备功率因数是必
不可少的基础参数．涉及到计算电流的大小及开关额
图1 单相全波整流电路
定电流、线缆截面等参数的选择。 Fig．1 Single phase full wave rectifying circuit
作者信息
谢 宁，男，浙江慈溪市工业设计院有限公司，工程师。
黄海萍，女，浙江慈溪市中等专业学校，中学一级。
■一 I 一
456 http：／／"drWW．jzdq net．cn从模拟电子学中可知，由于整流二极管单相导电 合成电流也应是超前电压的。
和 P—N结正相压降很小 (约 0．7 V)的特性，只有 整流电路电源侧的功率因数由基波电流相移 (位
在外加正弦交流电压为正时 ，整流二极管正 向导通 ， 移 因数 )和电流波形畸变 (基波 因数 )两个 因数决
才有电流流过二极管向后续电路提供 电能。而且由于 定。电路功率因数为 …：
电解电容上电压存在，只有输入电压大于电容端电压 A=u cos 1
时 ，才有外电源向电容充电，同时向负荷供电。由于 式中： —— 基波因数， =， ／，，即基波电流有效
电源内阻很小 ，电容端电压与外电压同步 ，按正弦变 值和总电流有效值之比：
化 ，随着电解电容经充电后端电压升高到外加电压峰 cos —— 位移因数或基波功率因数。
值时充电基本结束。过峰值后，输入电压按正弦规律 由于基波因数是正数 ，相位特性 (超前或滞后)
下降，电容器端电压按指数规律向负荷放电而降低， 由位移因数决定，也即由 。决定。从图2可知，i 。是
当外加 电压低于电容端电压时 ．整流二极管反向截 基波电流的波形，其功率因数角 ，有超前的特性 …。
止 。当外电源下半波电压高于放 电后 的电容端电压
时，又经二极管向电容充电并向负荷供电，这样周而
复始地工作。
从电工学中可知电容器上电荷为 Q =cX Uc(t)，
而流过电容器的电流为： O
dQc
．
： c
dt 图 2 单相全波整流电路波形
Fig．2 Waveforms of single phase full wave
当电源电压 是正弦波时：
rectifying circuit
u=Um sin(tot+6)
只有采用有源功率因数校正电路，功率因数才能
i ：
做到 O．95以上[1I 2_。如果在上述电路中若没有其它功
dUm sin(tot+6) 率因数校正 等技术措施 ，电路将呈 电流超前电压
一 —
dt 的阻容性。
Ctoum COS(tot+6)
= 2 电容滤波不可控整流电路的用电设备实
= CtoUm sin(tot+6+÷ ) 测波形及分析
从上述公式可见 ．流过电容器的电流也 为正弦 2．1 波形测试电路
波，超前于电压。这符合整流刚开始时，外电压的上 波形测试电路见图 3。测试仪器采用 UTD20OOE
升变化快，充电电流大，随着外电压接近峰值 ，变化
L
缓慢 ，充电电流也随着减小 ，直至为零的规律。
而流过电阻负荷的电流为：
sin(tot+6)
，
— — 一
N
由此可见 。流过电阻的电流是正弦波 ．与电压同
相。 即使负荷是阻感性、甚至纯感性，由于充电时
间小于放电时间，充电期间电容的充电量大于同期向
数字存储示波器
负荷供电的放电量 ，即容性电流大于阻性 、阻感性、
图3 测试电路
AIGC"该内容描述可能涉及到一篇发表于《建筑电气》杂志2012年7月期的学术文章，主题为'家用电器功率因数初探'。文章详细探讨了在日常家庭用电环境中，各类家用电器（如冰箱、空调、电视、洗衣机等）在运行时对电力系统产生的功率因数问题。功率因数是衡量电能质量的重要参数，它反映了交流电源的无功功率与视在功率之间的比率，过高或过低的功率因数都会对电力系统的效率和成本产生影响。因此，研究家用电器的功率因数有助于优化电力资源配置，降低损耗，并促进节能减排。文中可能会介绍家用电器功率因数的计算方法，分析不同家电设备的功率因数特性，以及提出改善措施和建议，以提高整个住宅区或建筑物的电力使用效率和经济效益。"
