功率因數和THD諧波的概念

相信大家都有注意到一般工業(yè)用電電費會比居民電費貴一些？

很多人可能會說那是因為供電電網不同，維修維護難，傳輸成本高。

但為啥傳輸成本會高呢？

這就引出了我們電源小課堂第三季第三話要聊聊的事兒：

工業(yè)用電傳輸成本高的原因，從技術角度來說，是因為工業(yè)應用中用電設備多為大功率電感或容性負載，其功率因數相對居民用電設備的功率因數較低，從而導致無功功率較高，損耗大，因此供電成本就高。

而居民用電普遍中小功率設備，耗電小，功率因數高，無功功率損耗少。

那在交流電中，什么是功率因數？

功率因數 λ（PF）指的是有功功率P與視在功率 S（總耗電量V*I）之間的關系，即有功功率 P 與視在功率 S（總耗電量V*I）的比值。

λ（PF）=有功功率P/視在功率S

此外，視在功率S, 與有功功率P和無功功率Q另一關系式為：

由此可見功率因數可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因數值越大，代表其電力利用率越高。

在交流輸入電網中，根據實際工作波形，也可用一數學公式來表征功率因數 （PF）：

從以上公式可看出影響 PF 的兩個主要因素 cosφ 和 THD，這里相位差 φ 如下圖所示，為輸入交流電壓波形和負載電流波形的相位差。

圖2

而 THD（Total harmonic distortion）為總諧波失真，即指輸入電流的畸變程度。

圖3

交流電網中，諧波是相對于基波而言的，如一個頻率為50Hz的正弦電壓220VAC，施加在非線性負載上，其輸入電流波形發(fā)生失真，其波形可以用傅里葉展開為各次諧波的分量相加，而總諧波失真相當于二次以上諧波分量有效值與基波分量有效值比值的方和根。

圖4

總諧波失真（THD）值用于表征諧波引起的波形失真的程度。畸變程度越大，THD 值越大，PF 值將會越小。為提高用電效率，針對各種用電設備的諧波電流要求，我國都制定了相應的標準。

這一期主要跟大家介紹了功率因數和 THD 諧波的概念。

下一期我們將與大家繼續(xù)討論開關電源設計中，是如何實現高功率因數和降低諧波失真的。請持續(xù)關注 MPS 微信公眾號哦。

原文標題：【短視頻】MPS 電源小課堂第三季第三話：聊聊功率因數校正那些事兒（上篇）

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審核編輯：湯梓紅