采用FAN4810的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(gè)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(gè)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(xiàn)性負(fù)載，并假定輸入電流無(wú)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(shè)備的無(wú)功功率大，供電設(shè)備的利用率低，供電設(shè)備的導(dǎo)線(xiàn)、變壓器繞組損耗大，降低了供電線(xiàn)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(duì)電網(wǎng)造成污染，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成用電電器設(shè)備的損壞。

由于常規(guī)整流裝置使用非線(xiàn)性器件（例如，整流二極管或可控硅），整流器件的導(dǎo)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(duì)供電線(xiàn)路的功率因數(shù)影響更大。

2 諧波電流對(duì)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(chēng)為諧波幅射：Harmonic Emission）會(huì)對(duì)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(yīng)”，即諧波電流流過(guò)線(xiàn)路阻抗而造成的諧波電壓降反過(guò)來(lái)會(huì)使電網(wǎng)電壓波形（原來(lái)是正弦波）發(fā)生畸變。

②過(guò)大的諧波電流會(huì)引起供電線(xiàn)路故障，從而損壞用電設(shè)備。例如，過(guò)大的諧波電流會(huì)使線(xiàn)路和配電設(shè)備過(guò)熱，還會(huì)引起電網(wǎng)LC諧振，或高次諧波電流流過(guò)電網(wǎng)的高壓電容，使之過(guò)電流、過(guò)熱而導(dǎo)致電容器損壞。

③在三相四線(xiàn)制電路中，三次諧波在中線(xiàn)中的電流同相位，導(dǎo)致合成中線(xiàn)電流很大，有可能超過(guò)相線(xiàn)電流，中線(xiàn)又無(wú)保護(hù)裝置，使其因過(guò)熱而引起火災(zāi)，從而損壞電氣設(shè)備。

④諧波電流對(duì)自身及同一系統(tǒng)中的其他電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生惡劣的影響，例如，會(huì)引起電子設(shè)備的誤動(dòng)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(lái)計(jì)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(dá)式（3）來(lái)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(dāng)交流輸入市電的電壓、電流同頻和同相位時(shí)，有cosφ=1，相應(yīng)有公式（7）成立：
(7)
對(duì)純正弦波電壓和電流而言，由于它的總諧波成分為零，所以波形失真系數(shù)為1，并且正弦波電壓和電流之間相位差φ為0，從而電源輸入側(cè)的功率因數(shù)就為1，如果正弦波電壓和電流之間相位差φ不為0，則電路的功率因數(shù)是他們相位差φ的余弦值。

當(dāng)φ=0時(shí)（為計(jì)算方便），功率因數(shù)與THD間存在如表1所示的關(guān)系?？梢?jiàn)，當(dāng)THD≤5%時(shí)，功率因數(shù)可控制在0.999左右。