2019年8月27日 星期二

功率因數是啥東東

之前做的電力監測器有一個PF值
這個PF就是Power Factor功率因數的縮寫
基本上功率就是P=I*V
這在直流電的系統是沒問題的
但交流電的電壓和電流不是穩定的
因此在計算交流電功率時會用電壓和電流的均方根來計算
這樣就可以得到交流電的輸出功率S(直接將電路中的電流和電壓相乘)
附載端也會有一個消耗的功率P
所謂功率因數就是這兩個數字的比值
PF=P/S

若是電路的負載端是純電阻式(只有消耗能量,沒有吸收能量)
例如鎢絲燈
那電路的輸出功率幾乎就會等於電器的消耗功率,PF=1
但如果負載端有電容或電感等元件,情況就不同了
電容和電感基本上都是屬於儲能元件
簡單來說
電容會吸收多餘的電壓,電感則會吸收多餘的電流
吸收能量之後呢?
當然就是在電路中電流或電壓相對低時釋放出來啦
此時如果是交流電系統
就會出現所謂的位向差了

正常的交流電系統,電壓和電流的位向是相同的
所以所有輸出功率都會被消耗
如下圖

但如果電路中是純電感
就會釋放出電流擾亂原本漂亮的位向
最極端的情況就是剛好差了90度
如下圖

這時等於負載完全沒有消耗功率
PF=0

但真實世界不會那麼誇張
因為電感的放電時機並不會那麼剛好
加上幾乎沒有純電感的負載
通常都會有電阻或電容
如果有電容,就會使得電壓也產生位移
此時就不會剛好是90度
PF值就會介於0~1之間
以下測試了幾種電器的PF值
鎢絲燈0.97(幾乎是純電阻式的負載)

日光燈0.6

筆記型電腦0.55

LED燈泡0.76

USB充電器0.44

氖氣燈0.18

這個現象基本上對於用電端沒有太大的影響
除非像工廠等級,用電量超大,就另當別論了
但對供電端(台電)就不一樣了
當PF低,就表示用戶端有一個極大的電流輸出到電網中
這個由用戶端輸出的電流就會影響供電端的輸出
台電必須要加大功率(電壓)才能將電輸出
也會造成電網的負擔(要消耗用戶端輸出的電流)

因此台電會希望用戶端的PF值不要過低
以一般用戶來說最好在0.95以上
但家庭用戶通常用電量不大
台電還能支撐,就不會太積極去查你的功率因數
但企業用戶就不同了
台電可不是吃素的
會再加裝另一個偵測這個虛功率的儀器_乏時計
去計算你工廠的實際PF值來加收電費