【導讀】功率因數(shù)通用定義是有功功率與視在功率之比。功率因數(shù)低,說明電路無功功率大。功率因數(shù)越低,供電設備的負荷越重,電網(wǎng)越不穩(wěn)定。對于大功率的燈具來說,若功率因數(shù)低了,可能會造成:設備損耗大、電力設備超負荷、電網(wǎng)不穩(wěn)定、諧波污染等問題。
一、為什么LED行業(yè)要測試基波功率因數(shù)?
功率因數(shù)通用定義是有功功率與視在功率之比。功率因數(shù)低,說明電路無功功率大。功率因數(shù)越低,供電設備的負荷越重,電網(wǎng)越不穩(wěn)定。對于大功率的燈具來說,若功率因數(shù)低了,可能會造成:設備損耗大、電力設備超負荷、電網(wǎng)不穩(wěn)定、諧波污染等問題。
在大家印象中,“功率因數(shù)由電壓與電流之間的相位差決定,它的物理意義是指電壓和電流之間相角差的余弦值”。如下圖所示。
圖1 電流電壓相位角關系
注:
以上關系只適用于“正弦波電路中”, 而如果在非正弦波電路中,功率因數(shù)與總諧波失真及基波功率因數(shù)有關,如在LED燈電路中。
因為LED是一個半導體二極管,它需要直流供電,如果用市電供電的話,就一定會有一個整流器,通常是二極管整流橋。為了得到盡可能平滑的直流避免出現(xiàn)紋波閃爍,通常都需要加上一個大電解電容。而后面的LED可以近似為一個電阻,所以整個電路如圖2所示。
圖2 LED燈的等效電路
其各種電壓電流波形如下圖所示,其中為輸入交流電壓,4為LED電路中整流二極管的充放電波形,為輸入電流波形。因其電流波形不是正弦波。所以整個系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。
圖3 各種電壓電流波形
通常電氣設備的波形比較接近正弦波,諧波不多,大多數(shù)情況下基波電流 ≈總電流 ,輸入電流失真系數(shù)λ≈1,,所以cos可以等同為功率因數(shù)。
而在非正弦供電電路中,功率因數(shù)沒有明確的物理意義,因此在LED行業(yè)這種非正弦供電電路中會關注的是基波功率因數(shù)cos1 。
二、如何進行基波功率因數(shù)測試呢?
推薦測試設備1——PA5000H功率分析儀
圖4 PA5000H
LED行業(yè)關注較多的則是電源的電壓、電流、功率、諧波及功率因數(shù),如何準確測量這些參數(shù)是首要解決的問題,PA5000H功率分析儀擁有0.05%功率測量精度,5MHz帶寬以及豐富的諧波測量功能可以廣泛應用于LED電源的研發(fā)與測試。
1. 豐富的電參數(shù)測量
如何提升功率因數(shù)一直是LED行業(yè)的難題,要提升功率因數(shù)就必須同時準確測量電源的各種電參數(shù),PA5000H功率分析儀不僅可以針對非正弦系統(tǒng)直接測量出基波功率因數(shù)(PF1),還能實時顯示電壓電流波形,豐富的電參數(shù)顯示項目可讓用戶分析電源的各種性能指標,可幫助用戶提升功率因數(shù)設計提供強有力的數(shù)據(jù)支持。
圖5 豐富的電參數(shù)顯示
2. 雙PLL源倍頻技術
PA5000H功率分析儀通過引入雙PLL硬件電路,使采樣頻率和信號頻率同步,保證采樣數(shù)據(jù)正好是信號周期的整數(shù)倍,消除頻譜泄露,可以獲得準備的諧波測量結果。
圖6 雙PLL源設置
3. 500次諧波測量
PA5000H功率分析儀帶寬高達5MHz、采樣率可達2MS/s,可以測量高達500次諧波,并有多種組合顯示方式能同時顯示各次諧波含量,為了方便用戶進行更細致的分析,我們還設計了可以查看任一次諧波數(shù)值的功能,通過此功能,用戶可以查看每一次諧波的數(shù)值。
圖7 功率分析儀的諧波測試
推薦測試設備2——PA310功率計
圖8 PA310
4. 基波功率因數(shù)直接測量
PA300系列功率計采用了純硬件模擬濾波器與鎖相環(huán)技術,諧波測量功能完全符合諧波測量國際標準IEC61000-4-7:2002,根據(jù)基波頻率,電壓、電流分別可測量到最高50次諧波,不論是總諧波畸變率 (THD),還是基波成分、基波功率因數(shù)、各次數(shù)的諧波含量、相位差、含有率等均可直接測量。
圖9 諧波測試
功率測量精度高達0.1%,最小測量電流低至50µA,能夠測量低至0.01W的功耗
功率計的基本測量精度可高達0.1%,由于雙分流器技術的應用,可以保持分流電阻的溫度穩(wěn)態(tài)變化,降低溫漂,可以實現(xiàn)從小電流到大電流測量時都能保證0.1%的功率測量精度。而且,在5mA量程下,PA310可以在最高0.01W的分辨率下執(zhí)行測量,符合國際標準(IEC62301、能源之星、SPECpower)的測試。
標配PAM上位機軟件,可實時監(jiān)測和分析測量數(shù)據(jù),且可通過標配的豐富通信接口USB、RS-232、GPIB和以太網(wǎng)接口上傳至PC機。
圖10 上位機測試分析
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