功率因數(shù)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(wǎng)不同，維修維護(hù)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(shù)角度來說，是因為工業(yè)應(yīng)用中用電設(shè)備多為大功率電感或容性負(fù)載，其功率因數(shù)相對居民用電設(shè)備的功率因數(shù)較低，從而導(dǎo)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(shè)備，耗電小，功率因數(shù)高，無功功率損耗少。

那在交流電中，什么是功率因數(shù)？

功率因數(shù) 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(guān)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(guān)系式為：

由此可見功率因數(shù)可以衡量電力被有效利用的程度，當(dāng)功率因數(shù)值越大，代表其電力利用率越高。

在交流輸入電網(wǎng)中，根據(jù)實際工作波形，也可用一數(shù)學(xué)公式來表征功率因數(shù) （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(fù)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(wǎng)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(fù)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(dāng)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?；兂潭仍酱?，THD 值越大，PF 值將會越小。為提高用電效率，針對各種用電設(shè)備的諧波電流要求，我國都制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

這一期主要跟大家介紹了功率因數(shù)和 THD 諧波的概念。

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

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

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審核編輯：湯梓紅