高频开关整流器的功率因数补偿,失真功率因数有最大值

　　功率因数(Power Factor)以下简称PF，是所有交流用电设各的重要输入参数。当交流用电设备的输入阻抗特性为阻性、容性或感性时，我们称之为线性负载。这类线性负载的输入功率因数的定义为输入端电流与电压的相位差的全改，即PF=coso，这种由于电流与电压相位差产生的功率因数称为相移功率因数PF.。

　　高频开关整流器的功率因数补偿

　　当交流电源为线性负载供电时，决定线性负载能得到多少有功功率仅与输人相移功率因数PF有关。这种相移功率因数较容易补偿，一般利用电感、电容相互补偿的方法可提高交流用电设备的输入相移动率因数。

　　现代通信电源所采用的高频开关整流器的输入阳抗特性为非线性。其原理电路图。整流后的直流脉动电压为滤波电容充电，每当充到半个脉动周期时，电容C两端的电压被充到脉动电压的峰值V.而后整流二极管D.或D，截止，电容C对负载电阻R放电，当电容C两端电压下降到伸整流一极管D.或D。

　　导通时，交流电源向电容C进行瞬时充电，由于充电时间很短，约2~4ms，所以电流波形，是一个很窄的电流尖峰。由傅里叶分析可知，这个尖峰电流波形是由50Hz的基波电流和多次谐波电流构成的，各次谐波电流的频率是基波频率的整数倍。

　　由于电压波形是正弦波，不含谐波成分，所以只有基波电流的有效值和正弦电压的有效值的乘积是负载电阻R所消耗的有功功率。因而谐波电流不能产生有功功率，谐波电流只在电源和交流用电设备输入端之间进行无功交换，虽然谐波电流对负载R没有做功，但却占据了输入电流中的一部分，也就是增加了输入视在功率。

　　在这种非线性整流负载中，负载R上得到的有功功率的多少只决定于失真功率因数PFxx，而失真功率因数的定义为

　　PF★= I n=(2K-1)，K=1,2,3,4… (3-11)式中1：为失真电流波的基波电流;Ia，Is，·…，I。，为失真波电流的3次，5次，n次谐波电流。失真电流中没有偶次谐波。

　　从式(3-11)可以看出当输入电流中 3次以上(含3次)谐波电流为零时，失真功率因数有最大值，即PF*a=1，此时输入视在功率全部转换为负载电阻R的有功功率。用电设备的总输入功率因数PF。与相移功率因数PFm 及失真功率因数PF* 的关系为

　　PFa=PFXPF (3-12)

　　由失真电流波形与正弦波电压波形的相位差是很小的，根据试验结果计算：PF*g=0.98~0.99。根据式(3-12)可以看出高频开关整流器的总输入功率因数PF。主要取决于失真功率因数PF失。

　　无功率因数补偿的单相输入高频开关整流器的功率因数PFs一般可达到0.7左右，三相输入的功率因数PFa一般可达到0.8~0.85。由于较低的输入失真功率因数，电网在必须提供较大的谐波电流才能满足用电设备视在输入功率的要求。为了衡量谐波电流的很 相对含量，在进行谐波电流分析时引入总谐波电流相对含量，即THDI(Total Harmonic Distortion，I表示电流谐波)。

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