2004/09/05
經濟部能源局
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▓撰文：陳文樹
功率是單位時間內所傳輸的能量，功率因數（Power Factor；PF）則是控制電器是否有效使用電力的重要因素，功率因數可反映所使用電器的電力效能。
在直流電路中，功率為電壓V（伏特）和電流A（安培）之乘積，並以W（瓦）做為使用單位；但在交流電系統裡，則因電抗電流或諧波電流的損耗，而使顯示功率（Apparent Power，又稱視在功率或額定輸出功率）大於實際功率，本文探討的功率因數，即為實際功率與顯示功率的比值。
假使功率因數偏低，則會增加變壓器及輸電線路的損失，亦即會影響變壓器及線路容量的利用率。習慣上，現在都是以W來表示電力系統或交流電器用品的有效功率數值，而以VA來表示顯示功率的數值，故其功率因數為W╱VA。當功率因數的數值越大，代表其電力利用率越高，一般的電器或設備之PF值大約只在0.5～0.7之間，針對此一情形過去常見的改善電力利用成效之方法，係在靠近負載端的地方加裝電容器，現則可藉由裝設功率因數校正器（Power Factor Correction；PFC）來改善，其作用原理是藉由調整交流電電流輸入的時間與波型，使其與電壓波型儘量一致，以讓功率因數接近於1，計有節省電力、增加電力系統容量和穩定電流等裨益。
＜插入表：一般用電器具之概略功率因數值＞
功率因數整器有方
若干電器設備的實際功率與顯示功率的差值很小，惟部份設備如電腦等，其功率因數卻大都只有0.65左右，若以θ表示為非線性負載電壓、電流不同相時的相位差，cosθ則是其功率因數之值，而直接做功的有功功率（P）乃為顯示功率和cosθ值的乘積，至於儲藏在電路中但不直接做功的無功功率（Q）則是顯示功率和sinθ值的乘積。
當交流電進入電腦並進行整流之後，即會獲有脈動直流電壓，但如果未將脈動電壓做處理便逕行供應予電腦的電路，將無法使電腦正常工作，因此必須由電源整流器之後的濾波電容器再做處理，提供予平滑的直流電壓方可成事。該濾波器像一個水庫，電容器裏面則必須儲存足量的電荷，俾在整流半波的空白之際，使電路系統的整個工作電壓仍不致間斷，亦即在兩個脈動半波之間電能輸入不足時，靠著電容器內的儲能來維持正常的運作。然而，如果裝設過量的電容時，卻又會形成部份的無效電流，反而降低原來的省電效果。因此若能採用自動功率因數調整器來適時調節，更可收到預期的效益。
功率因數標準設限
自2001年1月起，歐盟已對於電器設備的諧波訂立有詳細的規範，凡功率輸出值在75～600 W範圍間之電器、電子設備產品，俱須通過諧波測試（Harmonics test）。鑑於此為新興的趨勢，日本亦已著手研擬關於節約電力的各項方案，日後其政府機關採購之電器設備，皆會將功率因數校正（PFC）視為電器設備的標準配備之一。
PFC可分為早期使用的被動式PFC與後來再研發出的主動式PFC。被動式PFC係經由電感、電容等組合而成的電路以降低諧波電流，因為輸入電流為屬低頻的50Hz到60Hz，所以需要用到較多的電感與電容，而校正過的功率因數亦只有75～80％；主動式PFC使用可控制線路的主動型元件，其基本運作原理為調整輸入之電流波型儘量與輸入電壓波形相一致，故功率因數的校正值可趨近至100％。
再者，主動式PFC另有一項重要功能，乃是電源供應器的輸入電壓，範圍可在90～264V之間的全域電壓（Full range╱universal voltage），故電源供應器不需要視供電環境而切換。反觀被動式的PFC在110～115V的電力系統上常未能發揮作用，必須在220～230V時始有作用。採用主動式PFC的電源供應器，重量明顯較採用被動式PFC元件的產品輕巧許多，震動和噪音也較小，此正是嗣後3C市場上的必然趨勢。電器產品若具有功率因數校正功能，則在其產品規格書中應會標示出功率因數的數值，一般必須要大於90％以上，才是主動式的功率因數校正者。
提升用電品質的「功」率
目前已有業者開發出可調整功率因數的新式設備，應用微電腦控制器，在各相與相之間以及各相與零線之間，接入不同數量的電容器，以校正三相不平衡電流至正負10％以內，將功率因數補償至0.95以上。功率因數提高後的變壓器，輸出電流減少，因而變壓器利用率相對提高，可增加變壓器負荷能力30％以上，同時改善供電電壓的三相平衡，使其功率因數較裝設一般之改良器平均提高約3％，具有極大的推廣功能。部份功率因數改良器可集中或分散到局部設備，以進行動態功率因數的補償，具有警示和過流保護的功能，尚可防止損壞用電設備。
改善功率因數，除了可以減輕電費並降低損失外，還可穩定電壓、提高用電品質及增益電力系統的充裕度。台電公司為鼓勵用戶提高用電設備功率因數，在電價表中訂定：若用戶用電的功率因數超過80％，每超過1％則當月電費可減收0.15％，反之若低於80％，則每低於1％當月電費需加收0.3％。用戶於改善功率因數後，尚可降低線路上之無效電流，保護線路在安全容量下的正常工作，以及確保電器設備與線路的安全使用，降低意外事故之發生，確是一舉多得。（作者為交通部郵政研究所研究員）
＜圖說＞
表1：一般用電器具之概略功率因數值