500W功率因數(shù)校正電路設計

500W功率因數(shù)校正電路：

功率因數(shù)校正的工作原理
1功率因數(shù)的定義
功率因數(shù)（PF）是指交流輸入有功功率（P）與輸入視在功率（S）的比值。其可以用公式（1）表示。
（1)
式中，I1表示交流輸入市電的基波電流有效值；Irms表示交流輸入市電電流的有效值；γ=I1/Irms，表示交流輸入市電電流的波形失真系數(shù)；cosφ表示交流輸入市電的基波電壓和基波電流的相移因數(shù)。

所以功率因數(shù)可以定義為交流輸入市電電流的波形失真系數(shù)（g）與相移因數(shù)（cosφ）的乘積，即功率因數(shù)PF主要由兩個因素決定：一是交流輸入市電的基波電流與基波電壓的相位差φ；另一個是交流輸入市電電流的波形失真因數(shù)γ。而傳統(tǒng)的功率因數(shù)概念是在電阻為線性負載，并假定輸入電流無諧波電流（即I1=Irms或交流輸入市電電流的波形失真系數(shù)g=1）的條件下得到的，這樣功率因數(shù)的定義就變成了PF=cosφ。

交流輸入市電的cosφ低，表示用電電器設備的無功功率大，供電設備的利用率低，供電設備的導線、變壓器繞組損耗大，降低了供電線路的使用效率。電流波形失真系數(shù)g值低，則表示輸入電流的諧波分量大而基波電流的幅度小，將造成輸入電流的波形畸變，對電網(wǎng)造成污染，嚴重時還會造成用電電器設備的損壞。

由于常規(guī)整流裝置使用非線性器件（例如，整流二極管或可控硅），整流器件的導通角小于180o，從而產(chǎn)生大量的諧波電流成分。而諧波電流成分不做功，只有基波電流成分做功，所以相移因數(shù)cosφ和電流波形失真系數(shù)(γ)相比，γ對供電線路的功率因數(shù)影響更大。

2 諧波電流對電網(wǎng)的危害
由于常規(guī)整流裝置（如二極管或可控硅等整流器件）的使用，使交流輸入電流波形中含有大量的諧波電流成分，大量的諧波電流倒流入電網(wǎng)（稱為諧波幅射：Harmonic Emission）會對電網(wǎng)造成“污染”，產(chǎn)生以下不利影響。

①諧波電流的“二次效應”，即諧波電流流過線路阻抗而造成的諧波電壓降反過來會使電網(wǎng)電壓波形（原來是正弦波）發(fā)生畸變。

②過大的諧波電流會引起供電線路故障，從而損壞用電設備。例如，過大的諧波電流會使線路和配電設備過熱，還會引起電網(wǎng)LC諧振，或高次諧波電流流過電網(wǎng)的高壓電容，使之過電流、過熱而導致電容器損壞。

③在三相四線制電路中，三次諧波在中線中的電流同相位，導致合成中線電流很大，有可能超過相線電流，中線又無保護裝置，使其因過熱而引起火災，從而損壞電氣設備。

④諧波電流對自身及同一系統(tǒng)中的其他電子設備會產(chǎn)生惡劣的影響，例如，會引起電子設備的誤動作和故障等。

3 功率因數(shù)與總諧波失真系數(shù)（THD）的關(guān)系
電路總諧波失真系數(shù)（THD）可以利用公式（2）來計算。
（2）
方波電壓的各次諧波電壓的疊加分解圖（高至9次諧波）如圖1所示。

圖1 方波電壓的各次諧波電壓的疊加分解圖（高至9次諧波）

方波電壓可以用函數(shù)表達式（3）來表示。
(3)
由功率因數(shù)（PF）的定義：
及公式（2），有公式（4）成立。
（4)
即， （5)
從上面的討論可以看出，功率因數(shù)是和交流輸入市電電流的諧波成分有關(guān)的，利用總諧波失真系數(shù)和電流波形失真因數(shù)之間的關(guān)系式可以得到公式（6）。
（6)
當交流輸入市電的電壓、電流同頻和同相位時，有cosφ=1，相應有公式（7）成立：
(7)