- 已发布 2024年5月2日
- 最后修改 2024年5月2日
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什么是PFC？PFC电路、PFC电容值和PFC技术

如果您的电气系统由于功率因数低而造成高昂的公用事业成本，RS功率因数校正设备可以派上用场了。了解PFC如何平衡电路的无功功率，以减少热量和浪费，提高效率和设备寿命。

由技术支持工程师Stephen Bettles（2023年8月）审核

功率因数校正（PFC）改善了交流电气系统的效率或功率因数。要确定您的功率因数，将系统的有功功率除以视在功率。

有功功率是进行电路工作所需的理论功率，例如驱动电动机
无功功率不会用于有用的工作，而是反弹回电源
在有功功率和无功功率的90度三角形坐标图中，视在功率是最长的边

理想情况下，功率因数将为1（100%效率），您可以使用RS功率因数校正设备更接近这个目标

购买PFC设备

为什么需要功率因数校正以及如何实现？

电力公司通常会向功率因数低于约0.9的工业或商业企业额外收费，因为无功功率会浪费发电量。在这种情况下，需要PFC为您的企业减少电力成本的处罚。

还有其他原因，比如增加设备寿命并为其提供更多有用的电力。

PFC 通常是指电容器针对负载在系统中不必要循环的无功功率方向释放积聚的能量。

理想情况下，每个电容器都放置在靠近负载的位置。不过，较大电容器的大小和位置可用于处理多组负载。这取决于系统的空间和成本限制。

功率因数校正电路

这显示了PFC之前和之后的一个简单交流电路。电阻和电感分别代表电动机的轴和磁场。添加的电容器的无功功率将抵消“浪费”的功率，以产生电感器的（必要的）磁场。

一旦电容器的功率因数校正就位，电路的电压和电流将更加同相，功率因数将接近1。这展示了在RLC电路（电阻-电感-电容）中功率因数校正的优势。

如何计算功率因数校正的电容器数值

要找出系统需要多少功率因数校正，可以使用电能质量分析仪直接测量电路的功率因数。您还可以使用功率因数校正计算公式：

Qc = P (tan ϕ – tan ϕ')

Qc为总无功功率 (kVAr)
P为有功功率(kW)
ϕ为初始相位偏移角
ϕ’为补偿相位偏移角

相位移角是系统电流和电压之间的时间差。它是PFC电路示例中绘图的水平偏移，也可以使用电能质量分析仪测量。

确定了总无功功率，您需要确定如何在电容器中实现：要么是单独的电容器靠近其负载（理想的），要么是处理负载组的较大电容器，这可能需要根据系统的约束条件。

如果没有这个功率因数校正计算的数值，则需要执行详细的电路计算，这将随着电路复杂性的不同而变化。对于上面简单的PFC电路示例，使用电阻的欧姆值、电感的亨利值和电源的伏特和赫兹值来确定电容器所需的法拉值。

功率因数校正技术和设备的类型

PFC可以通过多种技术使用各种类型的技术来实现 - 电容器组、静止无功功率补偿器（SVC）、主动功率因数校正（APFC）和混合功率因数校正（HPFC）。

电容器组

电容器组是内置在单个单元中的一组电容器。这些电容器可以根据应用的不同采用串联或并联的方式。

它们在电力分配中被广泛用于抵消输电线路的感性负载。这些电容器组通常会变得非常大，以处理同样巨大的负载。

电容器组有各种规格，适用于各种应用，包括减少智能手机充电时间。

静态无功功率补偿器（SVC）

静态无功功率补偿器（SVC）是一种自动响应系统功率因数下降的PFC设备，无论是电压还是电流失去平衡。

SVC包含一个可控晶闸管电抗器，用于响应容性（超前）无功功率，以及一个用于吸收感性（滞后）无功功率的电容器。

SVC的可适应性使其成为响应电路阻抗浪涌的良好选择。

有源功率因数校正（APFC）

有源功率因数校正（APFC）用于大多数功率因数校正设备。与简单的电容器或电容器组相比，APFC单元更为复杂，包含用于测量电路无功功率条件并相应作出响应的电路。它们可以构建成非常小巧紧凑的尺寸。

这些内部的PFC功能包括电压调节器、过压检测器、零电流检测器和输入欠压锁存。浏览我们的APFC数据表，以了解它们提供的详细PFC优势，以及哪种单元更适合您的系统。

混合功率因数校正

除了低功率因数外，电路还可能由于谐波而导致电力质量不佳，从而损坏设备。混合功率因数校正同时解决这两个问题，使用标准的PFC（如电容器组）来解决无功功率，并使用有源谐波滤波（AHF）来消除系统谐波。

混合功率因数校正系统还可以结合PFC方法。它们可以在系统的不稳定、动态、充电周期中使用APFC，同时依靠电容器进行稳定、静态的运行。这避免了持续使用APFC，这可能会产生相当大的热量。

功率因数校正的好处

PFC在许多方面都具有好处-减少能源使用和公用事业处罚、系统运行更加凉爽、更持久的组件、停机时间更短以及更安全。

提高能源效率和降低的电费成本

无功功率代表已经产生但未被有效利用的电能。因此，公用事业公司通常对未能保持功率因数在0.9以上的企业进行经济处罚。

PFC还通常通过减少长电缆的电压降、降低热损失以及能够更多地利用所供电力进行有用工作而增加电路效率。

公用事业处罚，再加上由于无功功率而导致能源使用增加，充分展示了实施功率因数校正的商业利益。通过减少不必要的能源使用，您将节约成本并保护环境。

延长设备寿命和减少故障风险

除了改善能源效率外，功率因数校正还通过减少电流引起的热量生成来改善系统组件的健康状况。运行温度更高的设备将具有较短的寿命，甚至可能存在火灾隐患。

由于无功功率所带来的电压急剧变化可能损坏对电压变化敏感的部件。因此，功率因数校正可以减少您的组件故障风险，减少您在维护方面的烦恼。