1.1 什么是功率因数?

功率因数(PF)定义为有功功率(P)视在功率(S)的比值,或者是电流、电压正弦波角位移的余弦值。(详见图 1)功率因数值介于0到1之间,这是由于电路中感性效应和容性效应引起的。为了减少感性效应引起的功率因数值偏低需要增加电容来进行线路补偿。当电流和电压波形无相位差时则功率因数为1(cos (0°) = 1),此时负载是一个纯电阻电路,视载功率完全等于有功功率,没有无功功率。
有功功率(单位瓦特,W)是实际做功的功率,衡量能量转换的“速度”(如电能转换为电机的动能)。由电厂发电机发出的总功率是视载功率(单位伏安,VA),由于线路感性元件的特性导致产生了有功功率和无功功率(单位乏,Var),如图1所示。

以上讨论的是当电流、电压波形均为正弦波时的功率因数,它和电流、电压波形的相位差有关。而实际发配电应用中,供电电压是正弦波形,而输入电流却并非是正弦波形,即电流波形出现谐波成分。此时功率因数并非由于电流、电压波形相位差引起的,而是由电流的波形失真导致的。算式1表明了这种失真对于功率因数的影响。
其中:Irms(1)指电流的基波分量,Irms指电流的有效值。由此可以看出,功率因数校正电路就是减少输入电流波形的失真,并保持电流波形跟随电压波形使负载更类似于一个纯电阻负载。当以上条件不满足时,功率因数很低,这不仅仅会降低电网系统的工作效率,也会对电网和其它连接于电网的设备产生谐波污染,功率因数越接近于1,电流的谐波成分越少,电流基波分量才会包含更多的有功功率。

1.2 了解相关规范

在2001年,欧盟就把限制电流谐波成份写入EN61000-3-2电气设计规范中。而在此之前,就已有相关规范对笔记本电脑、显示器、电视机等个人消费电子品设立了严格的CLASS D(如图2)规范,要求严格限制其产生的谐波污染,而其它产品则需要遵循类似的CLASS A规范(如图3)。

图2 . 电流、电压波形同相位, PF=1 (Class D)
图3. 此种波形称为Quasi-PFC输入,PF=0.9 (Class A)

综上所述,对于电子设备需要调节输入电流的相位以使其跟随输入电压波形。其基本观点是使负载类似于一个纯阻性负载。如图4所示。这样不论是个人还是供电公司都能够从功率因数校正功能中受益。鸣志的LED 电源集成了功率因数校正模块,使LED照明系统能够更平稳的运行,减少电磁污染。

图4. PFC概念图解