功率因数的定义、测量及如何进行电路设计.doc
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1、功率因数的定义、测量及如何进行电路设计1 功率因数的定义为了表征交流电源的利用率,在电工学中引入功率因数PF(PowerFactor)这个术语,定义为有用功率P和视在功率S之比值,即PF = P/S (1)随着各行各业控制技术的发和要求可操作性能的提高,许多场合的用电设备都不直接使用通用交流网提供的交流电作为电能,而是通过各种形式对其进行变换,从而得到各种所需的电能形式。它们的幅度、频率、稳定度及变化方式因用电设备的不同而不同,如电动机变频调速器、绿色照明电源、开关电源等等,它们接入电压网后,也有一个交流电源的利用率问题。上述产品有一个共同特点就是:利用桥式整流器和大容量的滤波电容实现AC/D
2、C转换,由工频市电获得直流电压;虽然交流输入电压基本上未出现波形失真,但输入电流却不再保持正弦波形,而是呈不连续的峰值较高的脉冲。如图1所示的桥式整流滤波电路。只有当输入交流电源Uac的瞬时值高于电容C的电压时,整流二极管才导通,Udc基本上维持不变,可见二极管的导通角明显小于180,输入电流波形严重失真。图1 桥式整流滤波电路设u(t)为瞬时供电线路电压,i(t)为瞬时输入电流,T为输入电压的周期,U、I分别为输入电压、电流的有效值,则有1) 若对于线性系统纯电阻、电抗性负载,系统输入电压和输入电流呈标准的正弦波形,两者之间存在一个位移角,设 u(f)=Umsint i(t)=Imsin(+
3、)代入式(4)得PF=cos。2) 若系统输入电压为标准的正弦波,仅有基波分量,即有效值电压为基波电压,输入电流是非正弦信号,即包含基波分量,又含有其它高次谐波。电流基波分量的有效值可视为基波分量的有功分量和无功分量的正交合成1为输入电压与输入电流基波之间的相位角。故P = UI1cos1,代入式(4)得把 =I1/I 称为谐波因数,把cos1叫做相位因数,这样功率因数就等于谐波因数与相位因数的乘积。 设瞬时电流i(t)用傅立叶级数展开如下:其中n为谐波次数,对于第n次电流谐波,其电流的有效值In和输入电流的有效值I分别为定义总谐波畸变为故式(5)变成可见,线路功率因数与输入电流的波形畸变程度
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