淺談功率因數校正在計算機節能技術中的應用

摘 要：人們在使用計算機的時候很少會考慮到節能環保的問題。然而在能源危機的今天，計算機大規模的應用，由于節能意識的淡薄和節能知識的匱乏人們常在不經意間消耗了過多的電能，增強大眾節能意識迫在眉睫。本文主要討論和分析計算機節能技術。

關鍵詞：功率因數；電能利用率；計算機硬件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.138

1 引言

計算機的總電能消耗由各部件的電能消耗構成，計算機所使用的硬件不同所消耗的電能也不相同。比如我們常用臺式機的處理器功率在幾十瓦到一百多瓦不等，常用圖形加速卡的功率變化更是達到了幾十瓦到幾百瓦不等之多。而且電腦得總功耗幷不能簡單由所有配件的功耗相加而得出，因為每一個配件的工作狀態的不同其耗電量大小也一個變化的量。如DVD刻錄機在刻錄光盤和播放光盤內容時的功耗是不同的，而在不工作的時候功耗很小。刻錄機中馬達轉速的不同功耗自然不同，光頭在寫入和讀取數據是發射激光的功率也不同。測出的數字只是某一時刻的數據未必有多大意義。所以計算功耗不能簡單的用萬用表從交流供電端測出電壓U和電流I，然后根據P=UI這個公式進行計算。

2 計算機耗電量的估算

通常我們用電度表測量出計算機在一段時間內的耗電量，比如在十個小時內耗電量是多少度，然后再除以時間十小時就可以計算出計算機的平均功率。但實際上并不是把所使用的計算機的功率消耗降低就可以減少電能消耗，還要根據供電網絡里電能消耗是來決定。在計算機的供電網絡中電流是主要耗電參數，事實上，只要有電流通過即使沒有充分使用電能電度表都會把這些轉換成數字記錄下來。這樣，我們在使用計算機時無意間花了很多冤枉錢。之所以我們沒有注意到，因為人們都覺得計算機的耗電量都不是很大，比起家里的空調冰箱電磁爐等上千瓦的電器產品計算機只有上百瓦甚至幾十瓦而已。然而隨著近幾年多媒體和虛擬現實技術的迅速發展，所使用計算機的配置也在快速的提升。單核心處理器的計算機很難滿足人們的使用需求，處理器從雙核心、四核心到八核心等。還有專門為處理三維圖形的3D加速卡，其核心比處理器還要復雜的多功耗也要大的多。大屏幕顯示器的普及，這些都大大的增加了計算機的功率消耗。比如Intel I7 4790K正常使用時功率在165瓦左右，Nvidia GTX 295 顯卡芯片正常使用功率在300瓦左右，還有顯示器硬盤光驅主板內存等配件正常使用都要消耗功率，這樣一臺功率消耗在五六百瓦的計算機也是很普遍的。

3 功率因數與電能利用率

在電網中電流都是交流的。功率因數代表著計算機電源能夠輸出有功功率的大小。而很大一部分計算機在使用電能過程中電壓和電流的變化是不同步的，這樣就浪費了很多電流與電壓之間的空隙能量。關于電能利用率的問題也是我們要討論的功率因數的問題。所有使用直流電運行的電氣線路包括計算機在內要想正常運轉必須消耗無功功率。人們覺得對于計算機這樣的電氣線路不消耗無功功率，只消耗有功功率不就行了。想要計算機能夠正常運行一定要輸入平整的直流電壓而不能是脈沖電壓。所以就要在計算機電源的整流電路后面加入濾波電路，其核心元件通常是用一個大的濾波電容來實現的。濾波電容是一個大的儲能元器件，可以讓整流電路整出的脈動的直流電壓變為接近于完全平整的直流電壓。因為電容器可以進行充電，存儲一定量的電荷，即使在兩個脈沖中間電壓變化的時候，電容器的兩端電壓仍然保持平整沒有明顯的突變。在這里對電容器充電消耗的功率就是無功功率，而有些電路還有其它儲能原件也消耗無功功率。因為線路中有這些儲能原件在工作，保證計算機的正常運行，因此在計算機使用過程中一定消耗無功功率。由于濾波電容的存在降低了負載的功率因數，也就降低了電源的效率，很多電能做了無用功而被白白地浪費了。我們可以看到，當電源的額定功率一定時，電源的轉換效率越高，則輸入有功功率就越接近于電源的輸出額定功率，不但降低了用戶的電費開支，同時更有效的減少系統的發熱量。

4 如何提高功率因數

要怎樣才能在人們使用計算機時很好的利用電能呢？利用儀器來計算出電壓和電流之間的夾角也就是功率因數角θ，此時很明顯的看出人們對功率因數的了解與消費用電時有很大偏差。實際測量結果使人驚訝，通常人們只考慮了計算機電源本身的功率并沒把無用功率計算在內。雖然計算機消耗的有功功率只有200瓦左右，但電表計算的總功率會達到330瓦左右。我們消費的時候是按照總的實際功率計算的。在日常應用過程中也會遇到這樣的情況，使用計算機前將電源插頭插入排插的瞬間都能看見插座里面有火花閃耀或聽到電源打火的聲音，這就是因為計算機電源輸入端電路中有大量的儲能元器件在接通的瞬間要對這些儲能原件進行充電，此時的充電電流很大發生“打火”現象，由于電容器的容量很大此時的充電電流是非常大的，這樣不但無形中增加了功率的損耗而且也會對電網上的其他設備產生影響。如果把電源的輸入端加入功率因數矯正裝置將可以大大的減少輸入端的電容不但提高了功率因數使電能得到充分的利用也會使電網更加穩定的運行。

5 結束語

目前高校有大量的機房，成百上千臺計算機，通過矯正功率因數可以大大降低電能的消耗。現在能源如此緊張，如果在全國范圍內都進行這樣的改進，既可以節能，又可以省下一筆電費。

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作者簡介：李小芳（1978-），女，河北邢臺人，碩士，講師，研究方向：數據庫技術，計算機系統結構。