功率因数校正的概念与作用

任何电气系统都可简化成如图3-1所示。

图3-1 一般电气系统框图

电流波形根据负载的不同而不同。负载可能是线性的，如电阻加热器，也可能是非线性的，如变频空调。图3-2给出了负载对线性电流波形的影响效果，以及对电源质量的影响效果。

图3-2 线性负载和非线性负载的电源电压和电流

如果是线性负载，电源电压和电流是正弦波，如图3-2所示，那么功率因数为

如前所述，在大多数开关电源的前端都具有二极管整流器，因此电流波形不再是正弦波，功率因数的定义也相应地改变为

式中，DPF是位移功率因数；THD是总谐波失真。

DPF和THD分别定义如下：

式中，I_s1是电源电流的基波分量。

通常，非线性负载，如电力电子设备电源，会有如下问题：

1）产生谐波和电磁干扰（EMI）；

2）损耗较大；

3）多维需要；

4）降低最大功率容量。

功率因数校正使得负载更像电阻元件，而不是没有功率因数校正的非线性负载。现代功率因数校正电路可使功率因数接近于1（如>0.99）。功率因数校正电路具有如下优点：

1）电源效率更佳；

2）电力设备成本整体较低；

3）EMI低；

4）峰值电流低；

5）可作为EMI滤波器；

6）为并联电源提供输入滤波；

7）更好的代理选择。

然而，功率因数校正电路也有一些不足之处，具体如下：

1）设计复杂；(www.xing528.com)

2）影响可靠性；

3）由于功率因数校正电路需要附加滤波，导致产生电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI），使得输入滤波器更加复杂和昂贵；

4）更多的部件需要成本更高的电力解决方案；

5）应用成本高。

由IEEE和IEC制订的谐波标准在全世界许多地区包括欧洲都具有适用性。尽管这些标准在美国并非强制执行，但也在电力电子工业引起了高度关注。在大多数应用中，不难满足这些标准，然而最经济的选择仍在不断发展。国际谐波标准可大致分为以下3大类：

1.客户系统限制

1）IEEE 519-1992标准；

2）IEC 1000-3-2标准（兼容性级别）；

3）IEC 1000-3-6标准。

2.设备约束

1）IEC 1000-3-2标准；

2）IEC 1000-3-4标准；

3）IEEE中的新任务小组（单个周期负载的谐波限制）。

3.如何测量谐波

IEC 1000-4-7标准。

根据谐波电流的限制，上述规则的总结见表3-1和表3-2。IEC 1000系列标准主要处理电磁兼容，第3部分限制和系列2限制设备输入电流的谐波电流不大于16A。

IEC 1000-3-4标准不仅处理单个设备，还可限制整个系统安装。单相和三相的谐波限制都在本节中介绍。

另外，IEEE519标准制订了在共同耦合点（PCC）处谐波电压和电流的限制。该标准的原则是避免谐波电流返回电力系统而影响其他用户。表3-3和表3-4列出了IEEE-519标准对电压谐波和电流谐波的限制。

表3-1 针对D类设备的IEC1000-3-2标准限制

（续）

表3-2 IEC1000-3-4标准的谐波限制

表3-3 IEEE519标准的电压谐波限制

表3-4 IEEE519的电流谐波限制