功率因数校正设备如何节省电力

PF定义

功率因数(PF)是电力系统中实际功率与视在功率的比值。所谓实动力，是指在一定的时间间隔内能够转化为功的有效能量。由于在交流电路中瞬时电流和电压连续变化，因此有功功率是在一个完整的交流周期内功率随时间变化的平均值。视在功率仅仅是电流的有效值和电路电压的有效值的乘积。它是有功功率和无功功率的组合。无功功率是电路的电抗的函数。

电气系统通常由电阻性、感性和电容性负载的某种组合组成。理想情况下，电感器和电容器不耗散能量，但它们储存能量并将其返回到源。这种来回的能量流给公用事业带来了更大的负荷。感应负载主要由变压器、电机和线圈表示，并通过延迟相对于电压波形的电流来消耗(无功)功率。电容性负载如电容器组或埋地电缆产生无功功率，其中电压波形相位相对于电流波形相位延迟。如果电流和电压波形都是正弦且同相位，则功率因数为1。

功率因数校正

低功率因数会导致配电系统出现功率损耗。一些程序可以使工业电气系统的PF保持在可接受的水平，例如:(i)尽量减少轻负荷电机的操作，(ii)在额定电压下操作设备，以及(iii)安装电容器以减少交流电路中的无功功率。一些特定类型的电路也可以用来增加系统的PF。可控硅整流器(SCR)或triac用于相控电源，以控制输入信号的相位，该输入信号由lc型滤波器滤波。

当今电源中最常用的PF校正电路之一是在输入整流器和存储电容器之间放置一个开关模式升压变换器。集成电路(IC)控制变换器以使输入电流与输入电压波形匹配。没有PF校正的典型开关模式电源(SMPS)的PF约为0.6。低PF伴随而来谐波减少了可以提供给负载的能量。

提高转换器．使用一个电压高于输入电压的升压预变换器可以帮助避免谐波的发射。升压变换器用于不连续和连续模式下的PF校正。当在不连续模式下使用时，晶体管(MOSFET)在电感电流达到零时打开，当它满足某个参考时关闭。这使得输入电流跟随输入电压波形，PF接近1。另一方面，当开关模式电源的功率水平大于300W时，通常使用工作在连续模式下的升压变换器。在这种情况下，能量转移电感中的电流永远不会达到零。虽然升压变换器在用于PF校正时比其他类型的变换器更好，但只有当输出电压高于其输入电压时，才可能进行适当的操作。

Buck-Boost转换器．这种拓扑结构仅限于少数应用，因为它呈现反向输出电压极性，并且需要一个用于电源开关的浮动驱动器。

回程转换器．反激式变换器通常用于低功率应用，并能够通过单个可控开关提供隔离和短路保护。MOSFET用于动态控制开关占空比，以保持输出电压在所需的水平。在不连续模式下，反激变换器通过恒定的准时控制运行，可以实现功率因数等于1。在连续模式下，电荷控制可以应用到转换器，以实现统一的PF。

参考文献

唐伟等，“基于电荷控制的反激变换器功率因数校正”，亚太经合组织会议进程(1993):293-298。

Wei, H.， Batarseh, I.，“功率因数校正的基本转换器拓扑的比较”，IEEE东南会议(1998):348-353。

“功率因数校正(PFC)手册”，ON Semiconductor, Rev. 4(2011)。