| 摘要：功率因数讲的是送到用电设备的电能是做功了还是又返回电网了的问题。而谐波的问题傅里叶定理也早有明确的阐述：一个周期性的非正弦波可以分解为若干个周期性正弦波，这些周期性正弦波中除了包含基波的频率外，其余是频率高于基波并是基波频率整倍数的谐波。因此，必须明确这两个不同的概念，以在实际操作中采取适当的技术措施提高用电设备相应的技术指标。 |
电子设备电源输入部分的结构及其功率因数
一般电子产品中的电子线路都是用直流电工作的。但是，给电子设备供电的市电是正弦波交流电，交流电必须经过整流以后才能变成直流电。所以，电子设备中电源部分最简单的也是最常用的处理方式就是用二极管组成整流电路。正弦波电量经过整流电路以后成为按正弦规律变化的单向脉动的直流电。为了使直流电的脉动减小，还需要滤波电路。最简单也是最常用的滤波电路就是在整流电路的输出端并联一个滤波电容,电路结构如下：
对于这种整流滤波电路，许多人都认为等同于电容和负载并联，是容性负载，功率因数很低。实际上这种观点是错误的。
在带有整流滤波的电子线路中，虽然正弦波电量上升期间通过整流二极管给后面的滤波电容充了电，也就是形成了能量存储，并且这个充电过程电流和电压相位也是不相同的，但是，电容上的电压充到峰值以后，外部正弦波电压下降时，由于二极管的隔离作用，存储在电容上的电能却不能反向通过二极管返回电网形成无功功率，而只能在正弦波下降周期内继续向后级负载传送形成有功功率。因此，在带有二极管整流滤波的电路中形成无功功率的第2个条件不成立，所以二极管整流滤波电路没有无功功率存在，如果不考虑整流二极管的反向漏电，其功率因数就是100%。
如果用这个观点来分析电源变换器就可以看出，正弦波电量经过整流以后对滤波电容充电，外界正弦波直接提供的能量和存储在滤波电容上的能量经过电源变换器做变换以后向负载供电，变换器自身在做电源变换的过程中产生一定的能量损耗，自身的能量损耗和向负载提供的能量值单位时间内的总和就是总的有功输入功率。如果测量这个电路的输入电流和输入电压再相乘可以得出电源变换器的视在功率，但是，分析测试结果并作数值对比可以看出，输入端的视在功率的值等于变换器自身的热损耗功率和输出功率之和，也就是说，这个视在功率和有功功率相等，输入功率中没有无功功率成分。所以，二极管整流后再用电容滤波的电路功率因数是1，试验结果和理论分析的结果一致。原因就是在带有整流二极管的电路中，正弦波上升期存储在电容上的能量不能在正弦波电压下降时反向通过二极管返回电网形成无功功率，而只能向后级负载传送做功形成有功功率。
导致错误概念的原因
但是，现在业内却普遍存在一种说法，说简单整流滤波电路的功率因数是0.5—0.6。并且这种说法得到了广泛的认可，为什么会出现这种情况?
为了得到功率因数的数值，一般是用功率因数测试仪器测量用电设备的功率因数。对于这种带有整流滤波电路，许多测试仪器往往得到功率因数0.5—0.6的测量数据，按照以上分析，这显然是个错误的结果，问题出在哪里?原因是测量仪表所使用的测量方法不适合测试这种带有二极管整流电路的电子设备。
我们分析，一般的功率因数测试仪器可能是用测量电流和电压之间的相位差的方式换算功率因数的，这实际上是一种间接测量功率因数的方法。这种间接测试功率因数的方法在一般电抗器件和电阻器件串/并联的负载电路中能得到正确结果。但是，在带有二极管整流滤波的电路上不适用。原因是用测量输入电压、电流相位差的办法换算功率因数要基于一个条件：
电压和电流连续相关
在一般电阻器件和电抗器件互联的电路中电压的变化将导致电流的变化，因此这个条件是存在的，用这种方法间接测量功率因数可以得到正确的结果。但是，在带有整流二极管的电容电路中电流出现了断续，电压/电流连续相关的条件不存在了，因此，在只有电压没有电流这段时间内，已经不可能对应出一个功率因数值。仪表的显示值已经毫无意义。详细分析如下：
对于带有二极管整流和电容滤波的电路，开机瞬间滤波电容是空的，而市电电网的阻抗很小，外界输入的正弦波电压一个周波就会把滤波电容充到峰值电压，当外界正弦波电压下降时，滤波电容上的电压下降的慢得多，这样，在整个正弦波电压下降周期内外部电压都低于滤波电容上的电压，因此电流不能继续向滤波电容和后级负载流动，由于二极管的单向隔离作用，电解电容上存储的电能也不能反向通过二极管返回电网，只能继续向负载传送做功形成有功功率。此时外界正弦波电压存在但输入端却没有电流，电流出现了断续。在外界正弦波电压回到零点后又开始上升时，如果外部正弦波电压值没有超过滤波电容上的电压值，整流二极管也不导通，还是只有输入电压没有输入电流，只有当外部正弦波电压上升到超过了滤波电容上的电压以后，二极管正向导通，外部电能除了提供负载消耗的能量之外还向滤波电容上充电，形成了超前于电压的大脉冲电流。正弦波电压上升到越过峰值以后又开始下降，开始一个新的循环周期。这个过程，使电流形成了断续的脉冲状，在输入正弦波电压的大部分时间内没有电流。测量电流/电压相位差折算功率因数的方法在这种情况下产生了一个根本没有参考价值的显示数据。所以，这一类功率因数测试仪器都不能正确的反映整流滤波电路实际的功率因数。(有关单位在实际测试中用原上海电表三厂生产的一种电磁式指针型功率因数表(具体型号不祥)测试这种二极管整流滤波电路能得到功率因数98%的正确结果。)
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