功率因数校正技术

发表时间：2016-06-22T14:56:15.653Z 来源：《科技中国》2016年4期作者：武宪文

[导读] 消除电网谐波污染，提高功率因数是电力电子领域研究的一个重大且很有实际价值的课题。

（航天长峰朝阳电源有限公司辽宁朝阳 122000）

摘要：消除电网谐波污染，提高功率因数是电力电子领域研究的一个重大且很有实际价值的课题。本文介绍了电网谐波污染问题和谐波抑制的方法；指出了功率因数校正的目的和意义；阐述了功率因数校正技术的发展概况、研究现状和未来的发展方向。

关键词：功率因数校正技术

一、功率因数技术解决的问题

防止电网的谐波污染有两种方法：一是采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或补偿谐波，是被动的、治标的方法；另一种方法是改造电子设备本身，使其不产生谐波和无功，是主动的、治本的方法，这就是功率因数校正(PFC)。不同时期，人们对功率因数问题的理解有所不同。功率因数问题是用电设备对电网带来的影响问题。不同性质的问题，其解决思路和方法也有所不同。功率因数校正技术的发展过程就是对这一问题不断深入的认识和解决过程。

在进行功率因数校正之前，必须先弄清楚电网中的谐波源。电网中的谐波源有发电机、变压器、工业电弧炉、荧光灯、各种电力电子装置和各种开关电源。在电力电子装置大量应用之前，主要的谐波源是发电机和变压器，二者的谐波发生都是电磁转换中的非线性引起的。对于发电机可在设计的时候采取一些削弱谐波电动势的措施使之发出的电压中含有很少的谐波。对于变压器可以采用合理的铁心结构和绕组连接方式，使铁心工作于线性区等手段而减少其谐波。这些措施不属于功率因数校正范畴。

随着电力电子技术的发展，电力电子装置大量投入电网，迅速取代发电机和变压器，成为电网中主要的谐波源。在我国，一项调查显示：目前的大型企业中，几乎每家企业都有电网污染的现象。在现代通信设施使用集中的商务楼内，污染更为严重。电网污染还会随流动的电波而传染，造成大面积隐患，并有可能引发重大事故。

二、谐波和无功功率的危害及补偿技术

2.1 谐波的危害

1、在电网设备中产生附加的谐波损耗，使功率因数降低从而降低电网和设备的效率。

2、谐波电流在输电线路阻抗上的压降会使用户端的电压波形产生严重的畸变，影响电气设备的正常工作，如使使电容器、电缆等过热，绝缘老化，寿命缩短，以致损坏。

3、对三相四线制电网，大量的三次谐波在中性线中叠加，发生中线过热甚至发生火灾。

4、引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，使谐波放大，加重了谐波的危害，甚至引起严重事故。

5、导致继电器保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确，影响计量精度。

6、对邻近通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，严重导致信息丢失，系统紊乱。

2.2 谐波补偿技术

为了解决谐波污染问题，基本思想有两种：一是加装谐波补偿装置。二是对谐波源进行改造，使之不产生谐波。前面一种就是谐波补偿技术，包括LC无源滤波器和有源滤波器两种。

2.3 无功功率的影响

1、增加设备容量：无功功率的增大，使总电流增大，以及视在功率的增大，从而使设备的容量、导线规格、相应的控制设备、测量仪表、保护装置的规格容量也增加。

2、增加设备和线路损耗：由于无功功率导致电流增大，设备和线路的损耗增加，电能的利用效率降低。

3、线路压降增大：由于线路阻抗的存在，大量的无功电流注入电网会引起电网电压下降。对冲击性无功负载还会引起电网电压剧烈波动，供电质量严重下降。

4、功率因数降低，设备容量利用少。

2.4 无功功率补偿

由于无功功率会带来设备投资和运行费用的增加、能耗以及电网供电质量下降，无功功率补偿技术引起了人们的重视，这就是最初的功率因数补偿技术。

无功功率补偿的作用有：提高功率因数，降低设备容量，减小导线截面积，节约有色金属。降低电网线路损耗，节约电能，稳定电网电压，提高供电质量。

无功补偿技术主要有:同步调相机，并联电容器，静止无功补偿装置。

2.5 PWM整流技术

PWM控制技术是首先在直流斩波电路和逆变电路中发展起来的技术。随着GTO晶闸管、IGBT等全控型器件的不断进步，PWM控制技术也逐渐丰富、成熟起来。目前空间矢量控制技术(SVPWM)已在交流变频调速，不间断电源中获得了非常广泛的应用。把逆变电路中的这种技术应用于整流电路中就形成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路的适当控制，可以使网侧输入电流非常接近正弦波，且和网侧电压同相位，功率因数近似为1，这种整流电路就叫做单位功率因数整流器。该控制技术在相同的拓扑结构中适用于逆变电路，所以PWM整流电路还可以运行在有源逆变状态下，所以确切的说应当为PWM变流电路。

电力电子技术、控制技术、微处理器技术的不断发展促使了PWM整流器不断向前发展，可以归纳为以下几个趋势：

1、多功能化和智能化：传统电力电子器件只有开关功能，而现代电力电子器件品种增多，功能扩大使用范围拓宽，不但具有开关功能，有的还具有放大、调制、振荡以及逻辑运算等功能。

2、高频化：提高整流器的开关频率可以显著降低交流输入电流的谐波含量，由此降低对电网的谐波影响，同时，提高开关频率还可以降低电路中无源器件的体积和容量从而提高系统的整体性和可靠性。

、电路弱电化，数字化：全控型器件及其高频化的功能促进了电力电子的弱电化。随着微型计算机技术的发展，特别是DSP在电力电

功率因数PF与效率区别

功率因数PF=输入有用功功率S/输入总功率P(视在功率) 转换效率=输出额定功率(Pout)/ 输入有用功功率S×100% 有功功率=电源自身损耗（热量，机械能等）+输出功率视在功率：即交流电压和交流电流的乘积，用公式表示为：S=UI。也为有功功率+无功功率 P是有功功率，单位是W（瓦） Q为无功功率，单位是VAR（乏） S视在功率,单位是VA F=COSθ 被称为功率因数,PFs 上式中，S是额定输出功率，单位是VA（伏安），U是额定输出电压，单位是V，如220V、380V等；I是额定输出电流，单位是A。视在功率包括两部分：有功功率（P）和无功功率（Q），有功功率是指直接做功的部分。比如使灯发亮，使电机转动，使电子电路工作等。因为这个功率做功后都变成了热量，可以直接被人们感觉到，所以有些人就产生一个错觉，即把有功功率当成了视在功率，孰不知有功功率只是视在功率的一部分，用式表示：P=SCOS0θ=UICOSθ ＝UI·F 上式中，P是有功功率，单位是W（瓦），F=COSθ 被称为功率因数，而θ是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。无功功率是储藏在电路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。上式中，Q为无功功率，单位是var（乏）。对于计算机和其它一切靠直流电压工作的电子电路，离开无功功率是根本无法工作的。假如有一台计算机，当交流市电输入后进行整流，就得到脉动直流电压，若不将脉动电压进行任何工，就直接提供给计算机电路，毫无疑问，电路根本无法正常工作。虽然这时计算机的功率因数接近于1，可这又有何用呢。为了让计算机电路能正常工作，必须向其提供平滑了的直流电压。这个“平滑”工作必须由接在计算机电源整流器后面的滤波电容器C来完成。这个滤波器就像一个水库，电容器里面必须储存足够数量的电荷，在整流半波之间的空白时，使电路上的工作电压仍不间断，能保持正常电平。换句话说，即使在两个脉动半波之间无输入电能时，UC的电压电平也无显著的变化，这个功能是靠电容器内的储能来实现的，储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。所以说，计算机是靠无功功率的支持，才能保证电路正确运用有功功率实现正常运行的希望对你有帮助。 Chroma8000所测的效率计算疑问？ Uac=264V

功率因数校正之基本原理

功率因数校正之基本原理何谓工率因数？功率因数（power factor；pf）定义为实功（real power；P）对视在功率（apparent power；S）之比，或代表电压与电流波形所形成之相角之余弦，如图1。功率因数值可由0至1之间变化，可为电感性（延迟的、指标向上）或电容性（领先的、指标向下）。为了降低电感性之延迟，可增加电容，直到pf为1。当电压与电流波形为同相时，工率因数等于1（cos(0o)=1）。所有努力使工率因数等于1是为了使电路为纯电阻化（实功等于视在功率）。 ▲图1: 功率因数之三角关系。实功（瓦特）可提供实际工作，此为能量转换元素（例如电能到马达转动rpm）。虚功（reactive power）乃为使实功完成实际工作所产生之磁场（损耗）。而视在功率可想成电力公司提供之总功率，如图1所示。此总功率经由电力线提供产生所需之实功。当电压与电流皆为正弦波时，如前述定义之功率因数（简称为功因）为电压与电流波形之对应相角，但大部份之电源供应器之输入电流乃非正弦波。当电压为正弦波而电流为非正弦波时，则功因包括两个因素：1)相角位移因素，2)波形失真因素。等式1表示相角位移与波形失真因素之于功因的关系。 ----------------------------------------------------(1)

Irms(1)为电流之主成份，Irms电流之均方根值。因此功率因数校正线路是为了使电流失真最小，且使电流与电压同相。当功因不等于1时，电流波形没有跟随电压波形，不但有功率损耗，且其产生之谐波透过电力线干扰到连接同一电力线之其它装置。功因越接近1，几乎所有功率皆包含于主频率，其谐波越接近零。 ■了解规范 EN61000-3-2对交流输入电流至第40次谐波规范。而其class D对适用设备之发射有严格之限制（图2）。其class A要求则较宽松（图3）。 ▲图2:电压与电流波形同相且PF=1(Class D)。

功率因数校正控制方案

功率因数校正方案方案一：采用数字控制方案：采用MCU （微控制单元）或DSP（数字信号处理）通过编程控制完成系统的功率因数校正。，MCU 时刻检测输入电压、输入电流以及输出电压的值，在程序中经过一定的算法后输出PWM 控制信号，经过隔离和驱动控制开关管，从而提高输入端的功率因数。采用数字控制的优点是通过软件调整控制参数，使系统调试方便，减少了元器件的数量。缺点是软件编程困难，采样算法复杂，计算量大，难以达到很高的采样频率，此外还要注意控制器和主电路的隔离和驱动。方案二：采用模拟控制方案：采用专用PFC（功率因数校正）控制芯片来完成系统功率因数的校正。整流后的线电压与误差放大器处理的输出电压相乘，建立电流的参考信号，该参考信号就具有输入电压的波形，同时也具有输出电压的平均幅值。因此在电流反馈信号的作用下，误差放大器控制的PWM 信号基本变化规律是成正弦规律变化的，于是得到一个正弦变化的平均电流，其相位与输入电压相同，达到功率因数校正的目的。该方案的优点是，使用专用IC 芯片，简单直接，无需软件编程。缺点是电路调试麻烦，易受噪声干扰。模拟PFC 控制是当前的工业选择，且技术成熟，成本低，使用方便。通过比较，系统选用方案二，采用TI 公司专用PFC 控制芯片UCC28019 来完成功率因数的校正。方案一：LC校正电路根据电感电流不能突变的原理，整流后采用LCC滤波电路,可在一定程度上提高功率因素PF，一般可达0.8～0.9。优点是电路简单、可靠性高、成本低、EMI（电磁干扰）小；缺点是体积大、重量重，电感损耗较大，PF很难接近1。方案二：填谷式PF校正电路使用电容C1～C2及二极管D5～D7构成填谷式滤波电路，扩展了整流二极管电流波形导通角θ，二极管D6后可串联浪涌电流限制电阻R，可将PF提高到0.8～0.9之间。该电路优点：体积略小于LC校正电路，可靠性高，EMI小，PF也容易达到0.85以上；缺点是输出功率小，只能用在输出功率小于25W的AC-DC变换器中，损耗相对较大，输入电压允许变化范围小，一般不超过15%。电路原理图如图2.1所示。 2.1 填谷式电路方案三：有源功率因素校正(APFC)电路在整流器与负载之间插入具有特定功能的DC-DC变换器，使输入电流波形尽可能接近正弦波，构成有源功率因素校正电路（APFC）。该技术优点是：电路体积小，校正后的PF接近1；输入电压变化范围大，目前支持全电压范围(90V～265V)的APFC电路技术非常成熟、应用也很普及，因此在输出功率为20W～300W的AC-DC 变换器中使用APFC电路来改善电流波形THD（总谐波失真）参数较为合适。缺点是：该电

功率因素

功率因数（Power Factor是衡量电气设备效率高低的一个系数。它的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数低，说明无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。关于功率因数的讨论网上也有不少文章，但很多人仍然对一些概念存有误解，这将为系统的设计带来诸多危害，有必要在此再加以澄清。一、功率因数的由来和含义在电气领域的负载有三个基本品种：电阻、电容和电感。电阻是消耗功率的器件，电容和电感是储存功率的器件。日常所用的交流电在纯电阻负载上的电压和电流是同相位的，即相位差q = 0°，如图1(a)所示；交流电在纯电容负载上的电压和电流关系是电流超前电压90°(q =90°)，如图1(b)所示；交流电在纯电感负载上的电压和电流关系是电流滞后电压90°(q = -90°)，如图1(c)所示。

图1 不同性质负载上的电流电压关系功率因数的定义是： (1) 在电阻负载上的有功功率就是视在功率，即二者相等，所以功率因数F=1。而在纯电容和纯电感负载上的电流和电压相位差90°，所以所以功率因数F=cosq = cos90°=0，即在纯电容和纯电感负载上的有功功率为零。从这里可以看出一个问题，同样是一个电源，对于不同性质的负载其输出的功率的大小和性质也不同，因此可以说负载的性质决定着电源的输出。换言之，电源的输出不取决于电源的本身，就像一座水塔的供水水流取决于水龙头的开启程度。从上面的讨论可以看出，功率因数是表征负载性质和大小的一个参数。而且一般说一个负载只有一种性质，就像一个人只有一个身份证号码一样。这种性质的确定是从负载的输入端看进去，称为负载的输入功率因数。一个负载电路完成了，它的输入功率因数也就定了。

无源功率因数校正电路的原理和应用

无源功率因数校正电路的原理和应用摘要:本文介绍SIEMENS公司提出的开关电源集成控制器TDA16846无源功率因数校正(PFC)电路原理及其在电视机开关电源中的应用。功率因数的改善是基于一个特殊的由电感,电容及二极管组成的充电泵电路,该电路在功率管的高压端兼起吸收缓冲作用,因此它具有输入谐波电流分量小,PF值高以及EMI小、电路简单、成本低和可靠性高等优点。这为电视机厂家提供了一个高效价廉的解决电源谐波问题的新方案。关键词:开关电源功率因数校正一、引言众所周知,目前电视机和大部分通用电器都广泛地从交流电网中提取电能经整流后变成直流电供全机使用,AC电源经桥式整流后常接一个滤波平整电容。由于该电容的存在,使整流臂的导通时间小于半个周期,因而做成输入电源电压是正弦形,而输入电流却是正负交替的脉冲形。后者导致大量电流谐波特别是三次谐波的产生,这既构成对电网效能的干扰和损害,又降低了本机功率因数,为此，我国跟欧美各国一样，已于去年12月1日起正式实施限制功耗大于75W的通用电器产品输入谐波电流的新规定。面对这种新情况,当前各电器厂家都必须考虑更新产品中的电源设备,尤其是对25英寸以上的彩色电视机,过去国内产品绝大部分都没有安装PFC电路,其PF值一般在0.55～0.65之间,输入电流谐波分量往往超出国家限定的标准,因此改进电源电路,增加PFC功能以便降低电视机的输入电流谐波分量是各厂家的当务之急。本文介绍由SIEMENS公司推出的与开关电源集成控制器TDA16846配合使用的一个无源功率因数校正(PFC)电路,该电路能将电源PF值提高到0.9以上,与有源PFC电路相比,它明显地具有结构简单,成本低,可靠性高,和EMI小等优点,因此对电视机厂家来说,不失为一个有效的解决电源谐波问题的可行方案。二、无源PFC电路工作原理介绍图1示出一个不含PFC的标准型电源电路的输入电压Vm和输入电流Im波形,Im只在Vm为正最大和负最大的一小段时间内流通,在这些时间以外,Im为零。这是因为此时的正弦电压输入值小于泸波电容上的电压,导致整流二极管不导通的缘故。

功率因数如何计算

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为： cosφ=P/S=P/[(P2+Q2)^(1/2)] P为有功功率，Q为无功功率。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。 1 影响功率因数的主要因素 (1)大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。 (2)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。 (3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。 (1)低压个别补偿: 低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 (2)低压集中补偿：低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接

逆变电源中功率因数校正

逆变电源中功率因数校正中心议题：逆变电源中功率因数校正逆变电源系统功率因数及谐波干扰问题分析解决方案：采用单级PFC电路的逆变器由于对性能要求的不断提高，特别是当前“绿色”电源的呼声越来越高，现代逆变器系统对功率因数校正和电流谐波抑制提出的更高的要求。本文对功率因数校正在现代逆变电源中的应用作了简要介绍。分析比较了几种带有PFC功能的逆变器构成方案，分析结果表明带单级隔离型PFC电路的两级逆变器具有更高的可靠性，更高的效率和更低的成本。1 现代逆变电源系统的组成和结构随着各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。现代逆变系统就是一种通过整流和逆变组合电路，来实现逆变功能的电源系统。逆变系统除了整流电路和逆变电路外，还要有控制电路、保护电路和辅助电路等。现代逆变系统基本结构。图1 逆变系统基本结构框图现代逆变系统各部分功能如下：1. 整流电路：整流电路就是利用整流开关器件，如半导体二极管、晶闸管(可控硅)和自关断开关器件等，将交流电变换为直流电。除此之外，整流电路还应具有抑制电流谐波和功率因数调整功能。2. 逆变电路：逆变电路的功能是将直流电变换成交流电，即通过控制逆变电路的工作频率和输出时间比例，使逆变器的输出电压或电流的频率和幅值按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活地变化。3. 控制电路：控制电路的功能是按要求产生和调节一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断，从而配合逆变器主电路完成逆变功能。4. 辅助电路：辅助电路的功能是将逆变器的输入电压变换成适合控制电路工作需要的直流电压。对于交流电网输入，可以采用工频降压、整流、线性稳压等方式，当然也可以采用DC-DC变换器。5. 保护电路：保护电路要实现的功能主要包括：输入过压、欠压保护；输出过压、欠压保护；过载保护；过流和短路保护；过热保护等。2 逆变电源系统功率因数及谐波干扰问题分析对于逆变器的整流环节（AC-DC），传统的方法仍采用不控整流将通用交流电网提供的交流电经整流变换为直流。虽然不控整流器电路简单可靠，但它会从电网中吸取高峰值电流，使输入端电流和交流电压均发生畸变。也就是说，大量的电器设备自身的稳压电源，其输入前置级电路实际上是一个峰值检波器，在高压电容滤波器上的充电电压，使得整流器的导通角缩短三倍，电流脉冲成了非正弦波的窄脉冲，因而在电网输入端产生失真很大的谐波峰值干扰，。(a) 电网输入端电流和电压的畸变 (b)峰值电流中的各次谐波分量频谱图2 传统整流电路输入端电网电压和电流失真与谐波干扰分量图推荐相关文章：开关电源的几种热设计方法手机LED背光电源管理的设计需求2011半导体发展趋缓，逆变器前景最好肖特基二极管在电源管理中的应用分析电源模块并联供电的冗余结构及均流技术反激电源的设计反激电源’电源已接通未充电‘问题的解决办法！单相电源与三相电源的区别什么是脉冲电源由此可见，大量整流电路的应用使电网供给严重畸变的非正弦电流，对此畸变的输入电流进行傅立叶分析，发现它不仅含有基波，还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波倒流入电网，引起严重的谐波污染，使输入端功率因数下降，将造成巨大的浪费和严重危害。输入电流谐波的危害主要有：（1）使电能的生产、传输和利用的效率降低，使得电器设备过热、产生振动和噪声并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。（2）可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。（3）使测量仪器产生附加谐波误差。常规的测量仪器是设计并工作在正弦电压、电流波形的，因此在测量正弦电压和电流时能保证其精度，但是这些仪表用于测量非正弦量时，会产生附加误差，影响测量精

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1.CRM-PFCCRM BCM TM CRM-PFC 250W 150W CRM-PFC 2 Cin Co, L ZCI VDl VTl PFC R1 R2 1%.R3 R4 DC R4 PFC 0. 6% 2.5V Rs Rs RC 2 IC CS IC VTl VDl L VTl, Rs IC L VT1 VD1 IL I L IC VTl “ ”. IL AC Cin AC 1 0.98~0.99 3 CRM-PFC AC CRM-PFC IC 2000 CR M-PFC 2.5 AC 1 80~250V 85~265V RC CRM~PFC PWM CRM-PFC DC 400V . CRM-PFC I C 1. 2.DCM-PFCDCM-PFC 4 3 CRM- PFC DCM-PFC CRM-PFC AC D CM-PFC DCM-PFC CRM-PFC DCM-PFC EMI CRM-PFC AC EMI DCM PFC PFC IC NCPl601 AC DCM; AC CRM CRM DCM https://www.360docs.net/doc/ed8188811.html,M-PFCCCM-PFC 5 6 CCM-PFC IliD 500W PFC/PWM IC UCC38500 CM6900 MIA800 CCM-PFC IC 2 CCM-PF

功率因数校正(PFC)的几个小知识

1、什么是功率因数校正(PFC)? 功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。开关电源供应器上的功率因数校正器的运作原理是去控制调整交流电电流输入的时间与波型，使其与直流电电压波型尽可能一致，让功率因数趋近于。这对于电力需求量大到某一个水准的电子设备而言是很重要的, 否则电力设备系统消耗的电力可能超出其规格，极可能干扰铜系统的其它电子设备。一般状况下, 电子设备没有功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)时其PF值约只有0.5。 PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种，一种为被动式PFC（也称无源PFC）和主动式PFC（也称有源式PFC）。 PFC打个形象的比方：一个啤酒杯的容积是一定的，就好比是视在功率，可是你倒啤酒的时候很猛，就多了不少的泡沫，这就是无功功率，杯底的啤酒其实很少，这些就是有功功率。这时候酒杯的利用率就很低，相当于电源的功率因数就很小。PFC的加入就是要减少输入侧的无功功率，提高电网的利用率，对于普通的工业用电来讲是把电流的相位与电压的相位调整到一块了，对于开关电源来讲是把严重畸变了的交流侧输入电流变成正弦，另外还有降低低次谐波的功能，因为输入的电流是正弦了。 2、为什么我们需要PFC? 功率因素校正的好处包含: 1. 节省电费 2. 增加电力系统容量 3. 稳定电流低功率因数即代表低的电力效能，越低的功率因数值代表越高比例的电力在配送网络中耗损，若较低的功率因数没有被校正提升，电力公司除了有效功率外，还要提供与工作非相关的虚功，这导致需要更大的发电机、转换机、输送工具、缆线及额外的配送系统等事实上可被省略的设施，以弥补损耗的不足。有PFC 功能的电子设备配可以帮助改善自身能源使用率，减少电费，PFC也是一种环保科技，可以有效减低造成电力污染之谐波，是对社会全体有益的功能。 PFC电源供应器是如何帮助节省能源? 藉由降低您的电力设备必须传输的电压-电流，以提供一台电源供应器至少所需的供电量。因为产生较少无用的谐波(只会替交流电运输系统增加不必要的负担)，让电力的消耗减少。什么是谐波? 谐波是一种噪音形式，基本上是由复合的60个循环正弦波组合而成的频率所造成。他们通常发生在电源供应器及其它包括计算机在内等多种频率相关机器。谐波会扭曲基本的正弦波波型, 也会在同一系统的水线及接地线造成偏高的电流。[注: 美国的电源线,有3个pins,就是(Live,火线)-(Neutral,水线)-(Ground,地线)] 有哪些国家规定PFC为电子设备的标准配备? 2001年一月，欧盟正式对电子设备谐波有详细规范，规定凡输出在75W~600W范围间之电子设备产品，都必须通过谐波测试[Harmonics test(EN 61000-3-2)]，测量待测物对电力系统所产生的谐波干扰；中国大陆自2002年5月起，规范凡政府机关采购之电子设备，皆将功率因数校正(PFC)视为电子设备的标准配备功能；日本已着手研拟关于节约电力的各项方案，这是一种未来的趋势，相信在不久的将来，其它国家将陆续跟进。什么是主动式/被动式功率因数校正(Active/Passive PFC)? 被动式PFC，使用由电感、电容等组合而成的电路来降低谐波电流，其输入电流为低频的50Hz到60Hz，因

功率因数和效率的区别

功率因数与效率的区别尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率，但区别却很大。功率因素是输入视在功率与输入有功功率之比，与效率无关的，功率因数越大表示无功量就小；它是电源对电网的利用率。电源效率是输入有功功率与输出有功功率之比，效率越高表示机电的损耗就小；它指的是转换效率，就是你这个LED灯泡是5W，但是你把这整个灯接上就不是5W，电源本身也要耗电，这个效率就是多少点是真正让灯泡用了，多少是无用的。当然效率越高越好。简单的说，功率因数产生的损耗是电力部门负担，而转换效率的损耗是用户自己负担。一般来讲，功率因数与本设备的效率并没有必然的、直接的联系，但是，功率因数低了的话，会大量占用供电设备的容量，增加电路损耗，提高供电成本。比如，同样是1KW的电器，如果功率因数是0.9，那么占用供电系统的容量 1/0.9=1.1KvA，如果功率因数是0.5，那么占用供电系统的容量是1/0.5=2KVA。因为后者的线路电流较前者大了近一倍，所以线路损耗增加了近三倍。所以使用高功率因数设备的意义在于节约供电设备容量和减少线路损耗。效率，通俗地说就是吃了多少饭，干了多少活。比如一个电源，测得输入的功率是220W，又测得输出各路电压的总功率是190W，那么其效率190/220=86.4%。其效率还是很高的。如果换用一个低效率的电源，由于无论使用什么电源，电脑的实际需要是一定的，仍是190W，但这时测得输入的功率是280W，那么这个电源的效率是190/280=67.9%。很显然，两个效率不同的电源，电脑的工作都是一样的，不同的是，后一个电源比前一个电源多耗电280-220=60W。多了这60W，全部转化为热能，由风扇排出了。如果你有测温的工具，可以明显测出这两个电源工作温度和排出空气的温度是明显不同的。使用高效率的电源，对用户而言，可以节省电费，对供电企业，意义是节省供电设备的容量，减少供电设备的压力电源测量仪是各种生产或测量各种低压电源（常见的是开关电源，灯具电源、等等）的通用仪表，可以测各种参数，包括功率因数、输出电压、输出电流、电源效率、纹波、视在功率、有功功率、无功功率，等等。LED常常是用低压直流工作，所以它有一个电源，用来将交流变成低压直流，称为：“驱动器”，或“电源”。电源效率：是衡量输入电源的交流有功功率，有多少转化为直流功率了（有发热损耗等等）。发光效率：是指电能（或功率）转换成光能的转换效率，用lm/瓦来衡量，就是说同样的电能，

功率因数校正电路(pfc)电路工作原理及应用

功率因数校正(英文缩写是PFC)是目前比较流行的一个专业术语。PFC 是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。线路功率因数降低的原因及危害导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角中，另一个是电流或电压的波形失真。前一个原因人们是比较熟悉的。而后者在电工学等书籍中却从未涉及。功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S 。对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时，功率因数PF 即为COS Φ。由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6)，说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。 PFC 方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC 线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC 转换的。由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。也就是说，在AC 线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通(导通角约为70°)。虽然AC 输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC 输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图l 所示。这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份，引起线路功率因数严重下降。若AC 输入电流基波与输入电压之间的位移角是Φ1，根据傅里叶分析，功率因数PF 与电流总谐波失真(度)THD 之间存在下面关系：而是由二极管、电阻、电容和电感等无源元件组成。无源PFC 电路有很多类型，其中比较简单的无源PFC 电路由三只二极管和两只电容组成，如图2所示。这种无源PFC 电路的工作原理是：当50Hz 的AC 线路电压按正弦规律由0向峰值V m 变化的1/4周期内(即在0

什么是功率因数

无功功率和功率因数无功功率在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢? 在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在： (1)降低发电机有功功率的输出。 (2)降低输、变电设备的供电能力。 (3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 (4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。 2功率因数电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性

功率因数校正实现方法

O 引言传统的用于电子设备前端的二极管整流器，作为一个谐波电流源，干扰电网线电压，产生向四周辐射和沿导线传播的电磁干扰，导致电源的利用效率下降。近几年来，为了符合国际电工委员会61000-3-2的谐波准则，功率因数校正电路正越来越引起人们的注意。功率因数校正技术从早期的无源电路发展到现在的有源电路；从传统的线性控制方法发展到非线性控制方法，新的拓扑和技术不断涌现。本文归纳和总结了现在有源功率因数校正的主要技术和发展趋势。 1 功率因数(PF)的定义功率因数(PF)是指交流输入有功功率(P)与输入视在功率(S)的比值。即式中：I1为输入基波电流有效值；为输入电流失真系数； Irms为输入电流有效值； cosφ为基波电压与基波电流之间的相移因数。可见PF由γ和cosφ决定。cosφ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。γ值低，则表示输入电流谐波分量大，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。由于常规整流装置使用晶闸管或二极管，整流器件的导通角远小于180°，从而产生大量谐波电流成分，而谐波电流不做功，只有基波电流做功，功率因数很低。全桥整流器电压和电流波形图如图1所示。

2 功率因数校正实现方法由式(1)可知，要提高功率因数有两个途径，即使输入电压、输入电流同相位；使输入电流正弦化。利用功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻。功率因数校正电路分为有源和无源两类。无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成。虽然无源功率因数校正电路得到的功率因数不如有源功率因数校正电路高，但仍然可以使功率因数提高到o．7~0．8，因而在中小功率电源中被广泛采用。有源功率因数校正电路自上世纪90年代以来得到了迅速推广。它是在桥式整流器与输出电容滤波器之间加入一个功

负荷计算和功率因数

负荷计算是根据已知工厂的已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假象负荷。它是按发热条件选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网负责、浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。但是如果估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。因此，我们在设计时必须认真确定。负荷计算的方法：我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。需要系数法的主要步骤：（1）将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。（2）查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。（3）用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K。机械厂负荷统计表计算公式：

有功功率 P30= Pe*Kx(kW) 无功功率 Q30= P30*Tan Φ(kVar) 视在功率 S30= P30/ Cos Φ(KVA) 计算电流 I30= S30/（√3*UN)(A) 1.金工车间 (1)动力: 17.1tan ,65.0cos ,3.0,360====??d e K KW P (2)照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 2.工具车间（1）动力： 17.1tan ,65.0cos ,3.0,360====??d e K KW P (2)照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 3.电镀车间: （1）动力：75.0tan ,8.0cos ,6.0,310====??d e K KW P (2)照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 4.热处理车间：（1）动力： 75.0tan ,8.0cos ,6.0,260====??d e K KW P （2）照明：0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 5.装配车间：（1）动力：查表1得，88.0tan ,75.0cos ,4.0,260====??d e K KW P （2）照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,10====??d K KW Pe 6.机修车间：（1）动力： 02.1tan ,70.0cos ,3.0,180====??d e K KW P （2）照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,5====??d K KW Pe 7.锅炉房：（1）动力：02.1tan ,70.0cos ,6.0,180====??d e K KW P （2）照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,2====??d K KW Pe 8.仓库: （1）动力： 02.1tan ,70.0cos ,3.0,130====??d e K KW P （2）照明： 0tan ,0.1cos ,9.0,2====??d K KW Pe

功率因数校正原理及相关IC.

功率因数校正原理及相关IC 近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。作为限制标准，IEC发布了IEC1000?3?2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。2高次谐波及功率因数校正一般开关电源的输入整流电路为图1所示：市电经整流后近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。作为限制标准，IEC发布了IEC1000?3?2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。 2高次谐波及功率因数校正一般开关电源的输入整流电路为图1所示：市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图2所示。这种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I 式中：I1，I2，…In，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,我们将各次谐波有效值与基波有效值的比称之为总谐波畸变THD(TotalHarmonicDistortion) THD=(2) 用来衡量电网的污染程度。脉冲状电流使正弦电压波形发生畸变，见图3的波峰处。它对自身及同一系统的其它电子设备产生恶劣的影响，如： ——引起电子设备的误操作，如空调停止工作等； ——引起电话网噪音； ——引起照明设备的障碍，如荧光灯闪灭； ——造成变电站的电容，扼流圈的过热、烧损。功率因数定义为PF=有效功率/视在功率,是指被有效利用的功率的百分比。没有被利用的无效功率则在电网与电源设备之间往返流动，不仅增加线路损耗，而且成为污染源。设电容输入型电路的输入电压e为：

功率因数计算公式及提高功率因数的方法

功率因数计算公式功率因数统计计算公式视在功率S 有功功率P 无功功率Q 功率因数cos＠（符号打不出来用＠代替一下）视在功率S＝（有功功率P的平方＋无功功率Q 的平方）再开平方而功率因数cos＠＝有功功率P／视在功率S 功率因数统计计算公式可分为提高自然功率因数和采用人工补尝两种方法：提高自然因数的方法： 1). 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。 2). 对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法（或自动转换）。 3). 避免电机或设备空载运行。 4). 合理配置变压器，恰当地选择其容量。

5). 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。 6). 改善配电线路布局，避免曲折迂回等。人工补偿法：实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补尝无功，即：在感性负载上并联电容器。一下为理论解释：在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90o，而纯电容的电流则超前于电压90o，电容中的电流与电感中的电流相差180o，能相互抵消。电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，如图1所示，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。并联电容器的补偿方法又可分为： 1．个别补偿。即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。适合用于低压网络，优点是补尝效果好，缺点是电容器利用率低。 2．分组补偿。即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。优点是电容器利用率较高且补尝效果也较理想（比较折中）。 3．集中补偿。即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母