第九讲功率因数校正

1 第九讲 有源功率因数校正 一、功率因数校正的基本原理 理论上： P.F.= P/S=(REAL POWER)/(TOTAL APPARENT POWER)=Watts/V.A. =有功功率/视在功率 对于输入电压和电流都是理想的正弦波的情况，如果把输入电压和输入电流的相位差定义为φ ，那么，P.F.=P/S=Cosφ 相应的功率相量图如下图1所示。 图1 对于非理想的正弦波, 假设输入电压为正弦波, 输入电流为周期性的非正弦波, 比如在实际的AC-DC 线路中广泛应用的全波整流, 只有当输入电压大于电容的电压时, 才有市电电流给电容充电，如图2所示。 在这种情况下, 电压有效值Vrms=Vpeak/√2，周期性的非正弦波电流经过傅里叶变换为: 有功功率P=VRMS*I1RMSP=VRMS*I1RMS*Cosφ 1(φ 1-输入电压和输入电流基波 2 分量I1RMS 的相位差)。 S=VRMS*IRMS total 于是使功率因数Power Factor 可以表达为： P.F.=P/S= (I1RMS/I RMS total)* Cos φ 1 定义电流失真系数K= I1RMS/I RMS total = Cosθ ；θ 为失真角(Distortion angle)；K 为与电流谐波(Harmonic) 分量有关的系数。如果总的谐波分量为零, K 就为1。最后, 可以表达为: P.F.=Cos φ 1*Cos θ ，功率向量图如图3所示。 图3 φ 1 是电压V 与电流基波I1RMS 之间的相量差；θ 是电流失真角。可见功率因数 (PF) 由电流失真系数 ( K ) 和基波电压、基波电流相移因数( Cos φ 1) 决定。 Cos φ 1 低，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。同时，K 值低，则表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电，还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。 由于常规整流装置常使用非线性器件（如可控硅、二极管），整流器件的导通角小于180o，从而产生大量谐波电流成份，而谐波电流成份不做功，只有基波电流成份做功。所以相移因数(Cos φ 1)和电流失真系数（K）相比，输入电流失真系数（K）对供电线路功率因数 (PF) 的影响更大。 为了提高供电线路功率因数，保护用电设备，世界上许多国家和相关国际组织制定出相应的技术标准，以限制谐波电流含量。如：IEC555-2， IEC61000-3-2，EN 60555-2 等标准，它们规定了允许产生的最大谐波电流。我国于1994 年也颁布了《电能质量公用电网谐波》标准（GB/T14549-93）。 二、PF 与总谐波失真系数（THD: Total Harmonic Distortion）的...