功率因数和THD谐波的概念

相信大家都有注意到一般工业用电电费会比居民电费贵一些？

很多人可能会说那是因为供电电网不同，维修维护难，传输成本高。

但为啥传输成本会高呢？

这就引出了我们电源小课堂第三季第三话要聊聊的事儿：

工业用电传输成本高的原因，从技术角度来说，是因为工业应用中用电设备多为大功率电感或容性负载，其功率因数相对居民用电设备的功率因数较低，从而导致无功功率较高，损耗大，因此供电成本就高。

而居民用电普遍中小功率设备，耗电小，功率因数高，无功功率损耗少。

那在交流电中，什么是功率因数？       

功率因数 λ（PF）指的是有功功率P与视在功率 S（总耗电量V*I）之间的关系，即有功功率 P 与视在功率 S（总耗电量V*I）的比值。

λ（PF）=有功功率P/视在功率S

此外，视在功率S, 与有功功率P和无功功率Q另一关系式为：

由此可见功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。  

在交流输入电网中，根据实际工作波形，也可用一数学公式来表征功率因数 （PF）：

从以上公式可看出影响 PF 的两个主要因素 cosφ 和 THD，这里相位差 φ 如下图所示，为输入交流电压波形和负载电流波形的相位差。

图2

而 THD（Total harmonic distortion）为总谐波失真，即指输入电流的畸变程度。

图3

交流电网中，谐波是相对于基波而言的，如一个频率为50Hz的正弦电压220VAC，施加在非线性负载上，其输入电流波形发生失真，其波形可以用傅里叶展开为各次谐波的分量相加，而总谐波失真相当于二次以上谐波分量有效值与基波分量有效值比值的方和根。

图4

总谐波失真（THD）值用于表征谐波引起的波形失真的程度。畸变程度越大，THD 值越大，PF 值将会越小。为提高用电效率，针对各种用电设备的谐波电流要求，我国都制定了相应的标准。

这一期主要跟大家介绍了功率因数和 THD 谐波的概念。

下一期我们将与大家继续讨论开关电源设计中，是如何实现高功率因数和降低谐波失真的。请持续关注 MPS 微信公众号哦。

原文标题：【短视频】MPS 电源小课堂第三季第三话：聊聊功率因数校正那些事儿（上篇）

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审核编辑：汤梓红