目前市場上的“節(jié)能設(shè)備”其實(shí)就是連接到主電網(wǎng)的功率因數(shù)校正(PFC)設(shè)備,可以用來改善電表測出的功率因數(shù)。值得注意的是,住宅用戶依據(jù)實(shí)際功率支出的電費(fèi)賬單并沒有把功率因數(shù)考慮在內(nèi),因此這些設(shè)備不會(huì)真的減少你的月度電費(fèi)支出。
這種所謂的“節(jié)能”設(shè)備對(duì)工業(yè)應(yīng)用來說也許是有用的,因?yàn)槠潆娰M(fèi)是根據(jù)PFC而不是實(shí)際功率收取的。
功率是如何測量的?
以瓦(W)和伏安(VA)為單位測量的功率通??梢曰Q,也常被認(rèn)為是相同的。但從實(shí)際使用情況來看遠(yuǎn)非如此:
實(shí)際功率(W)= 電壓(V) x 隨著時(shí)間變化的電流(I)
注意,實(shí)際功率的測量單位是瓦(W),表示電流所做的實(shí)際功或負(fù)載消耗的實(shí)際能量。
電子系統(tǒng)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(shí)際(有功)功率和無功功率合起來就是視在(或總)功率,單位是伏安(VA)。
何為功率因數(shù)?
功率因數(shù)(PF)是實(shí)際功率與視在功率之比:
功率因數(shù)(PF)= 實(shí)際功率(W)÷ 視在功率(VA)
人們經(jīng)常將W轉(zhuǎn)換為VA(W=VA),這是不準(zhǔn)確的,除非設(shè)備的功率因數(shù)等于1。
對(duì)于純阻性電路來說,比如白熾燈,功率因數(shù)為1,因?yàn)樗臒o功功率為0。
在交流電路中功率因數(shù)是一個(gè)很重要的因素,因?yàn)樵谔峁┩日鎸?shí)功率的情況下,任何小于1的功率因數(shù)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(gè)電機(jī)。
電機(jī)1:2kW,230V,PF=0.7; 電機(jī)2:2kW,230V,PF=1。
從上述公式可以看出,雖然對(duì)兩個(gè)電機(jī)來說總的功耗(2kW)是相等的,但具有較差功率因數(shù)的電機(jī)1需要承載更大的電流。
通常帶有非阻性負(fù)載的電子設(shè)備的功率因數(shù)都小于1。比如緊湊型熒光燈(CFL)的功率因數(shù)在0.5到0.7之間,因制造商和額定功率的不同而不同,白熾燈的功率因數(shù)始終為1。
值得注意的是,住宅用戶是為實(shí)際功率而不是作為功率因數(shù)結(jié)果的無功功率買單,因此純粹從電力消耗的角度來看,使用熒光燈對(duì)消費(fèi)者來說有好處,家中相同強(qiáng)度的光所耗功率可顯著減少。對(duì)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部件中的功率損失就越多。
功率因數(shù)小于1的電器有電機(jī)、熒光燈、電冰箱、空調(diào)和消費(fèi)電子產(chǎn)品(如電視和電腦),這是因?yàn)樗鼈儼撤N類型的能量儲(chǔ)存元件,比如電容或電感。
功率因數(shù)校正
功率因數(shù)校正設(shè)備一般很簡單,就是一個(gè)作為額外負(fù)載并聯(lián)的電容。這兩種相反電抗的元件并聯(lián)在一起可以將電路總的無功功率調(diào)整到接近于0。
當(dāng)然,這種校正不會(huì)改變負(fù)載消耗的實(shí)際功率大小,但它會(huì)顯著減小視在功率,以及從230V電源消耗的總電流。
這是大眾市場中大多數(shù)節(jié)能設(shè)備背后的原理。如前所述,它們不會(huì)影響實(shí)際功率,因?yàn)樽≌M(fèi)者按實(shí)際功率付費(fèi),所以也不會(huì)影響他們的月度賬單。
雖然PFC設(shè)備不會(huì)減少電費(fèi),但它確實(shí)會(huì)使感性負(fù)載在經(jīng)過校正或改善功率因數(shù)后工作更有效率,因此也意味著電器設(shè)備的磨損折舊變得更少,比如對(duì)電機(jī)來說消耗的電流降低了,從而能夠延長產(chǎn)品壽命。
PFC對(duì)住宅特別有用的一種情況是家用逆變器或不間斷電源UPS等能量備用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。將功率因數(shù)從0.65校正到1可以使體積減小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(dāng)今的家電市場中,特別是用能源之星來評(píng)定家電以來,空調(diào)等用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電器產(chǎn)品都已集成了大小合適的電容。
能源之星產(chǎn)品不僅定義了一臺(tái)電器在各種工作模式下可以消耗的最大實(shí)際功率,還定義了電器要通過能源之星認(rèn)證必須滿足的最大功率因數(shù)。舉例來說,針對(duì)游戲控制臺(tái)/計(jì)算機(jī)推出的能源之星版本5.1要求在滿負(fù)荷輸出時(shí)的功率因數(shù)大于0.9,或者最大額定輸出功率小于75W才能滿足要求。
再買一個(gè)PFC設(shè)備并連到你的電表,不過是在家中增加了一臺(tái)對(duì)家用電器沒什么用處的冗余設(shè)備,實(shí)際上不能幫你省錢,只是一個(gè)營銷噱頭罷了。
技術(shù)/工程人員是不是也是這樣想的?有沒有城市是依據(jù)KVA給住宅用戶計(jì)賬并收取他們無功功率的費(fèi)用?未來是否會(huì)出現(xiàn)向住宅用戶收取無功功率電費(fèi)的趨勢?