Technology Forum
︱330︱2017年4期
小沈阳 孙红雷因探讨及分析
李茂文 何志宏
广州市光机电技术研究院，广东 广州 510000
摘要：越来越多不同品牌功率计的涌现，我们在使用不同功率计测定同一灯具样品的功率因数的过程中发现，在某些时候，测量结果会有明显差异，本文就该差异原因做了研究和说明。
中图分类号：[TB858.1] 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）04-0330-01
1、绪论： 在电能系统中，功率因数表示的是电路的工作效率。功率因数过元曲名句
低，就要用较大的电流来保障用电器正常工作，与此同时输电线路上
输电电流增大，从而导致线路上焦耳热损耗增大。另外，在输电线路的电阻上及电源的内阻上的电压降，都与用电器中的电流成正比，增
大电流必然增大在输电线路和电源内部的电压损失。因此，提高用电
器的功率因数，可以减小输电电流，进而减小了输电线路上的功率损失和电能损耗，有助于增加输电能力、减少供电线路导线截面，节约有金属[1]，节约电能和提高供电质量。此外，过低的功率因数甚
至可能造成设备损坏和导致系统发生电压崩溃事故[2]。随着全国范围内节能环保理念的推行，LED 作为重要的节能工具，国家对照明灯具的功率因数的有明确的限制，例如；DB44/T 1161-2013LED 投光灯标准中规定投光灯的功率因数最少要大于等于0.7；CJ/T 420-2013 LED 路灯标准规定LED 路灯的功率因数应大于0.95。 测量功率因数，一般使用功率计。然而我们在实际测量实践中发现，对于某些灯具，使用不同的功率计测定其功率因数会存在一定的差异。分析差异产生的原因，对提高功率因数测试准确性，具有一定的意义。 2、功率因数与功率计相关指标： 功率因数：在GB/T 2900.1-2009中的定义为：在周期状态下，有功功率P 的与视在功率S 的比值[3]：PF=P/S 视在功率：二端元件或二端电路端子间电压的方均根值U 与该元件或电路中的电流的方均根值Ι的乘积：UΙS = 在非正弦
波电路中，根据傅里叶变换原理，输入总电流有效值可表示为： 2232221n I I I ΙI rms ++++=
上式根号中，Ι1为基波电流有效值，Ι2 、Ι3…… Ιn 分别代表 2,3,…n 次谐波电流有效值。
故功率因数的公式可以改为：
1111PF rms rms U I I P S U I I cos cos φφ⨯===⨯功率计带宽：功率计带宽是指功率计的电压或电流前向通道允许通过的信号的最高频率和最低频率之差。带宽应该是包含上限和下限的一组数。但是，由于大部分宽频功率计的带宽下限频率非常低或可直接测量直流电量，因此，许多时候，功率计带宽等同于上限频率。
采样频率，表示数字信号采样自模拟信号的速率，对模拟信号采样的频度。它代表了离散信号在和时域和空间域上的精确度。
3、测试与分析：
在实际测试过程中，我们发现以不同功率计测定同一灯具的功率因数，有可能会出现测试结果不一致的现象。为了说明这个问题，我们选定型号为WT310、PF2010S、PF9802与PF9811四种功率计作为测量设备，测定了白炽灯、LED 筒灯、LED 路灯三组样品，供电电源为TPS-500B。所有的功率计均经过计量院校准合格。白炽灯为纯阻性负载，不产生电流电压的相差；LED 筒灯未经过功率因数补偿，
功率因数较低；而LED 路灯进行了功率因数补偿。因此将三种样品的测试结果比较，具有一定的代表性。测试结果如表1所示。
表1：
序号 测试样品 电源型号 功率计型号 电压（V） 电流（A） 功率（W） 功率因数 WT310 220.0 0.456 100.4 1.000
张睿李晟若离若爱PF2010S 220.0 0.456 100.3 1.000
PF9802 220.0 0.455 100.0 1.000
1 白炽灯 TPS-500B PF9811 220.0 0.456 100.3 1.000 WT310 220.0 0.027 3.36 0.569
PF2010S 220.0 0.027 3.34 0.568
PF9802 220.0 0.026 3.32 0.567
2 LED 筒灯 TPS-500B PF9811 220.0 0.026 3.37 0.567
WT310 220.0 0.100 20.26 0.918 PF2010S 220.0 0.100 20.24 0.917
PF9802 220.0 0.095 20.11 0.962
3 LED 路灯 TPS-500B PF9811 220.0 0.097 20.49 0.960 当测试样品为白炽灯，几乎不产生谐波。当测试样品为LED 筒灯时，产生谐波，但谐波频率相对较低，均在四种功率计的有效带宽内，这时电流的有效值几乎一致。当测试样品为LED 路灯时，电
路中产生了较多的高频谐波，这样对于带宽为5KHz 的PF9802和PF9811，频率高于5KHz 的谐波电流，会被功率计里面的低通滤波器直接过滤掉，由上面的公式可以看出这样电流有效值会偏小，视在功率也会偏小，而有功功率不变，所以最后功率因数会偏大；而对
于带宽高于PF9802、PF9811的WT310、PF2010S，由于带宽较高，可以测出电路中5KHz 到100KHz 的电流，故电流有效值会较大，视在功率也会较大，而有功功率不变，所以最后功率因数会较小。 奈奎斯特定理规定只要采样频率大于或等于有效信号最高频率
的两倍，采样值就可以包含原始信号的所有信息，被采样的信号就可以不失真地还原成原始信号。所以采样定理确定了信号最高频率的上
限，或能获取连续信号的所有信息的采样频率的下限。也就是说采样频率限制了功率计的带宽，当功率计的采样频率较低，也就决定了其
带宽较窄。相对带宽和采样频率较高的WT310和PF2010S，其测量对象的频率范围也相对较大，测试本文中的LED 路灯时测试相对准确。
4、结束语：
在以前一般的功率计可以满足常规的测试要求，但是随着电力电子装置的应用日益广泛，电力电子装置成为最大的谐波源，出现高频率的谐波也越来越多，宽频和高采样的功率计才能满足高频信号的测量。带宽与采样频率作为功率计比较重要的两个参数，功率计带宽与采样频率的选择与其应用范围和测量对象是相关的。理想的功率计的带宽要高于信号带宽，这样满足真实信号才能被准确的测量，但带宽也不是越高越好，高带宽必须在高采样频率的基础上才有实际意义。测量作为质量监控的重要环节，测试的准确性益发显得重要，检测人员在选择测量仪器时需更加慎重。
参考文献：
千户苗寨旅游攻略详细[1]钱俊.工业企业供配电系统功率因数的提高.《科技风》. 2009.P.185 -186
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杨受成范冰冰[3]陈文光.唐少农.功率因数的概念及测试方法探讨. 《电气电子教学学报》.2002.24(5).P73-75
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