3 功率因数和谐波

大家好，欢迎参加 本次系统级别培训，

了解如何设计适用于 电动汽车且功率为

数千瓦的转换器。

在这个第 3 部分中，我们 将了解功率因数校正的

基础知识。

“功率因数” 术语实际上

用于表示两种 不同的效果。

通常，它已被

电压和电流之间的 相位角所取代，

如此处所示。

相移由无功 负载导致，

这类负载就是 交流电机等。

这类 PF 通常 称为位移功率

因数，这也是 该术语的常用用法，

直到出现 大量非线性负载，

例如开关模式电源。

这是一种线性效应。

也就是说， 电压和电流波形

都为正弦。

通常可以通过 添加电容来校正，

这会校正因 负载的感应性质

而导致的相移。

第二类功率因数 为失真功率因数。

这是非线性 负载导致的。

例如，电容器 由桥式整流器供电。

该电路仅在 线路周期的

一部分从输入 获取电流，

结果就是波形 严重失真，

其中电流是在 输入电压接近峰值时

从线路获取的。

当然，这种波形 包含显著的谐波

含量。

我们很快就会看到， 这些谐波电流可能会导致

交流配电系统 中出现多种问题，

因此 IEC61000-3-2 等国际标准对这些电流

做了规定。

功率因数校正器的 主要用途是

将这些谐波电流 降低到可接受的水平，

它通过控制线路 电流来实现这一点，

因此它会跟随线路电压。

也就是说，正弦线路 电压会产生正弦线路

电流。

通常的功率因数校正 级会校正失真功率

因数，但不会 校正位移功率因数。

幸运的是， SMPS PFC 级通常不会

引入很大的 位移功率因数，

除非是为了减少 EMI 而使用 x 电容器

这一情况。

看待此情况的一种 方式是将 PFC 级视为

电阻仿真器。

我最后要说的 是系统设计人员

指定的功率因数通常是

位移和失真 功率因数的组合，

如此处所示。

此处列出了 平衡三相系统中

谐波电流的 主要特性。

我们假设负载 是平衡的。

也就是说，它从每个 相位吸取相同的电流。

对非平衡 3 相系统 进行分析会更加困难，

但电力公司始终会尝试在 网络上实现均衡负载。

三次谐波，第三个、 第九个、第十五个等等，

会相加中和。

甚至谐波和 其他奇次谐波

也会中和为零。

谐波电流会 产生多种效应，

发热、保护 电路的干扰性跳变、

大中性接地电压等等。

功率因数校正器用于

减少这些不良效应。

针对线路谐波的 最常见标准是

IEC61000-3-2。

该标准规定了 四种不同类别的设备，

而车载充电器 属于 A 类设备。

此处概述了 A 类的限制。

第 3 部分到此结束。

本培训系列的下一个 视频是第 4 部分，

也就是升压 功率因数校正器

简介。

大家好，欢迎参加 本次系统级别培训，

了解如何设计适用于 电动汽车且功率为

数千瓦的转换器。

在这个第 3 部分中，我们 将了解功率因数校正的

基础知识。

“功率因数” 术语实际上

用于表示两种 不同的效果。

通常，它已被

电压和电流之间的 相位角所取代，

如此处所示。

相移由无功 负载导致，

这类负载就是 交流电机等。

这类 PF 通常 称为位移功率

因数，这也是 该术语的常用用法，

直到出现 大量非线性负载，

例如开关模式电源。

这是一种线性效应。

也就是说， 电压和电流波形

都为正弦。

通常可以通过 添加电容来校正，

这会校正因 负载的感应性质

而导致的相移。

第二类功率因数 为失真功率因数。

这是非线性 负载导致的。

例如，电容器 由桥式整流器供电。

该电路仅在 线路周期的

一部分从输入 获取电流，

结果就是波形 严重失真，

其中电流是在 输入电压接近峰值时

从线路获取的。

当然，这种波形 包含显著的谐波

含量。

我们很快就会看到， 这些谐波电流可能会导致

交流配电系统 中出现多种问题，

因此 IEC61000-3-2 等国际标准对这些电流

做了规定。

功率因数校正器的 主要用途是

将这些谐波电流 降低到可接受的水平，

它通过控制线路 电流来实现这一点，

因此它会跟随线路电压。

也就是说，正弦线路 电压会产生正弦线路

电流。

通常的功率因数校正 级会校正失真功率

因数，但不会 校正位移功率因数。

幸运的是， SMPS PFC 级通常不会

引入很大的 位移功率因数，

除非是为了减少 EMI 而使用 x 电容器

这一情况。

看待此情况的一种 方式是将 PFC 级视为

电阻仿真器。

我最后要说的 是系统设计人员

指定的功率因数通常是

位移和失真 功率因数的组合，

如此处所示。

此处列出了 平衡三相系统中

谐波电流的 主要特性。

我们假设负载 是平衡的。

也就是说，它从每个 相位吸取相同的电流。

对非平衡 3 相系统 进行分析会更加困难，

但电力公司始终会尝试在 网络上实现均衡负载。

三次谐波，第三个、 第九个、第十五个等等，

会相加中和。

甚至谐波和 其他奇次谐波

也会中和为零。

谐波电流会 产生多种效应，

发热、保护 电路的干扰性跳变、

大中性接地电压等等。

功率因数校正器用于

减少这些不良效应。

针对线路谐波的 最常见标准是

IEC61000-3-2。

该标准规定了 四种不同类别的设备，

而车载充电器 属于 A 类设备。

此处概述了 A 类的限制。

第 3 部分到此结束。

本培训系列的下一个 视频是第 4 部分，

也就是升压 功率因数校正器

简介。