PF（功率因數(shù)）和THD（總諧波失真）　　這是電能和能源質(zhì)量領(lǐng)域的兩個(gè)重要參數(shù)。功率因數(shù) (PF) 是衡量電氣系統(tǒng)使用供電效率的指標(biāo)。它是有功功率與視在功率之間的比率，根據(jù)比率：

　　高 PF 表示能量的有效利用，而低 PF 表示無功功率較大，無功功率無助于有用功并可能導(dǎo)致能量損失。在具有純阻性負(fù)載的線性系統(tǒng)中，功率因數(shù)等于 1。但在存在感性和容性組件的系統(tǒng)中，該參數(shù)不同于 1。因此，線路上傳遞的信號(hào)為：或多或少受到顯著失真的影響，其量由 THD（總諧波失真）值決定。
　　THD 測(cè)量電流或電壓波形與理想波形（純正弦波）相比的失真量。它以百分比表示，表示諧波分量（基頻的倍數(shù)）與基波分量的總和。當(dāng)純電信號(hào)通過設(shè)備或電路發(fā)送時(shí)，會(huì)發(fā)生諧波失真，從而丟失或修改其初始特性。這種類型的失真會(huì)導(dǎo)致信號(hào)中出現(xiàn)諧波，諧波是基頻倍數(shù)的正弦分量?！　【艿臏y(cè)量?jī)x器用于測(cè)量諧波失真。如果可以獲得各種諧波的幅度，也可以進(jìn)行手動(dòng)計(jì)算?？傊C波失真通常通過將基頻的前五個(gè)或六個(gè)諧波的平方相加來計(jì)算。然而，在許多實(shí)際情況下，即使僅包括二次和三次諧波，誤差也可以忽略不計(jì)。諧波畸變率計(jì)算公式如下：

　　其中V1是基頻的幅度，V2是二次諧波的幅度，V3是三次諧波的幅度，依此類推。考慮電流分析的另一個(gè)公式如下：

　　在圖 1 中，您可以看到兩個(gè)信號(hào)的圖表，第一個(gè)是純正弦信號(hào)（頂部），第二個(gè)正弦信號(hào)由于相關(guān)電路中存在電容和感抗而受到一些失真的影響。該圖還顯示了相關(guān) FFT 分析，突出顯示受諧波失真影響的信號(hào)中存在高次諧波。在第一個(gè)信號(hào)中，諧波失真為 0%，而在第二個(gè)信號(hào)中，諧波失真達(dá)到 9%，這個(gè)值在實(shí)際應(yīng)用中不容忽視。
　　　　圖 1：純正弦信號(hào)和失真信號(hào)以及相關(guān) FFT 分析
　　無源功率因數(shù)校正器
　　這是控制諧波存在的最簡(jiǎn)單方法，涉及使用由電感器和電容器組成的無源濾波器。如果電流僅以 50 Hz 或 60 Hz 的頻率通過，則 LC 濾波器會(huì)減少諧波，使非線性設(shè)備表現(xiàn)為線性負(fù)載，同時(shí)也會(huì)大幅提高 PF 值。缺點(diǎn)是需要高阻值、大電流的電感器和高壓電容器，體積大且價(jià)格昂貴。還有其他使用無源元件的方法可以提高電氣系統(tǒng)的能源效率。這些設(shè)備用于改善功率因數(shù)、提高效率并減少系統(tǒng)損耗。他們總是使用無源元件（例如電容器和電感器）來補(bǔ)償電氣系統(tǒng)中的無功功率。
　　無功功率由電機(jī)和變壓器等感性負(fù)載產(chǎn)生，導(dǎo)致電流和電壓之間發(fā)生相移，從而降低功率因數(shù)。 PPFC 的主要作用是減少或消除這種相移，使系統(tǒng)更加高效。例如，在擁有許多電機(jī)的工業(yè)工廠中，使用 PPFC 有助于減少電網(wǎng)所需的無功功率，減少電纜沿線的損耗并減少設(shè)備的總體負(fù)載。與使用復(fù)雜電子元件進(jìn)行校正的有源功率因數(shù)校正器不同，PPFC 更簡(jiǎn)單、更便宜且更可靠，但靈活性和準(zhǔn)確性較差。 PPFC 通過向電氣系統(tǒng)添加電容來工作。電容器用于提供容性無功功率，以補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的感性無功功率。這種平衡減少了電流和電壓之間的相移，從而提高了功率因數(shù)。 PPFC 設(shè)計(jì)為在特定頻率和負(fù)載水平下運(yùn)行。
　　負(fù)載的變化可能需要額外的設(shè)計(jì)或組件修改。此外，過度使用電容可能會(huì)導(dǎo)致電容性功率因數(shù)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)一步復(fù)雜化。此外，在某些情況下，添加電容器組件可能會(huì)導(dǎo)致與系統(tǒng)中存在的電感發(fā)生諧振現(xiàn)象，從而導(dǎo)致噪聲或組件損壞。無源功率因數(shù)校正器主要用于工業(yè)和商業(yè)環(huán)境，其中功率因數(shù)校正對(duì)于降低能源成本和提高運(yùn)行效率至關(guān)重要。適當(dāng)?shù)某叽绾途S護(hù)可確保從使用這些設(shè)備中獲得最大利益，從而有助于更可持續(xù)和更有效地利用電能。
　　由于其高可靠性和高功率處理能力，無源功率因數(shù)校正器通常用于高功率線路應(yīng)用。串聯(lián)調(diào)諧 LC 諧波濾波器通常用于重型設(shè)備負(fù)載，例如電弧爐、電力機(jī)車等。圖 2 顯示了諧波濾波器的連接圖，其中各個(gè)濾波器支路必須根據(jù)所涉及的諧波頻率進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整。由于諧波系統(tǒng)阻抗的不確定性，PF校正器的設(shè)計(jì)尤為困難。這種方法涉及太多昂貴的組件并且占用大量空間。對(duì)于功率低于 10 kW 的應(yīng)用，該系統(tǒng)可能不是最佳選擇。
　　　　圖 2：串聯(lián)調(diào)諧 LC 諧波濾波器的 PF 校正器
　　由于網(wǎng)絡(luò)和濾波器的工作頻率較低（50Hz或60Hz），因此必須使用大值的電感器和電容器。因此，大多數(shù)無源 PF 校正器都具有以下缺點(diǎn)：
　　輸出未調(diào)節(jié)
　　它們對(duì)電路參數(shù)敏感
　　PF最高可達(dá)0.9
　　它們又重又笨重
　　動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差
　　設(shè)計(jì)優(yōu)化困難
　　有源功率因數(shù)校正器
　　有源 PFC 解決方案使用有源元件和微控制器。該電路自動(dòng)（或手動(dòng)）對(duì)輸入電流進(jìn)行建模，以匹配輸入電壓波形，從而產(chǎn)生高 PF 值，通常高于 0.9。由市場(chǎng)上領(lǐng)先的電子制造商開發(fā)的主動(dòng)式PFC功率因數(shù)校正模塊可以實(shí)現(xiàn)甚至高于0.95的功率因數(shù)值。這些電路配備了控制器，可以執(zhí)行中間輸出電壓的轉(zhuǎn)換器功能。它們的設(shè)計(jì)比無源模型復(fù)雜得多且昂貴得多，但占地面積小且可靠性非常高?！　?shí)施這些措施的主要?jiǎng)恿χ皇亲袷啬承?biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，高頻開關(guān)技術(shù)被用來精確地模擬輸入電流波形。實(shí)際上，有源 PF 校正器使用六種基本轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋪韺?shí)現(xiàn) PFC。圖 3 顯示了兩種有源 PFC 校正器模型，分別是降壓 PFC 和升壓 PFC。當(dāng)輸出電壓高于線路電壓時(shí)，降壓校正器不會(huì)吸收線路本身的電流，從而導(dǎo)致電流失真。此外，電源開關(guān)的電流應(yīng)力也很高。相反，升壓校正器會(huì)產(chǎn)生較少的EMI。另一方面，輸出電壓必須高于線路電壓的峰值。

　　圖3：主動(dòng)式PFC的部分原理圖
　　如何計(jì)算電壓和電流之間的相移
　　計(jì)算兩個(gè)正弦信號(hào)之間的相移對(duì)于理解它們之間的時(shí)間關(guān)系至關(guān)重要，并且相當(dāng)簡(jiǎn)單。相移以度數(shù)表示，表示一個(gè)信號(hào)相對(duì)于另一個(gè)信號(hào)提前或延遲了多少。用于計(jì)算相移的比例為：
　　360° : T = phi° : t
　　其中：
　　T是信號(hào)的周期，即完成一個(gè)周期所需的時(shí)間
　　t是相移時(shí)間，即兩個(gè)信號(hào)峰值之間的時(shí)間差
　　根據(jù)這個(gè)關(guān)系，我們得到：
　　phi° = 360° * t / T
　　例如，我們有兩個(gè)頻率為 50 Hz 的正弦波，如圖 4 所示。它們彼此相差 56°。第一個(gè)信號(hào)的峰值和第二個(gè)信號(hào)的峰值之間的時(shí)間是 3.112 mS。將這些值代入比例我們得到：
　　phi° = 360° * 3.112 / 20
　　phi° = 56°
　　該計(jì)算證實(shí)兩個(gè)正弦曲線異相 56°。
　　圖 4：兩個(gè)異相 56° 的正弦信號(hào)