全面解析功率因数

功率因数是衡量电气设备工作效率高低的参数指标。在交流电路中，它定义为有功功率与视在功率的比值。 在大家印象中，“功率因数由电压与电流之间的相位差决定，它的物理意义是指电压和电流之间相角差的余弦值”。

但只有在“正弦波电路中”，这个说法才是成立的。

如果在非正弦波电路中，功率因数与总谐波失真及基波功率因数有关。
下面以LED 驱动电源输入电流是典型的非正弦波，输入电压为正弦波波形的情况进行分析。其中，输入交流电压，整流二极管的充放电波形，输入电流波形。

根据傅里叶变换原理，其瞬时输入电流可表示为：

式中，n 是谐波次数。输入总电流有效值可表示为：

上式根号中，为基波电流有效值，其余的 分别代表 2,3,… n 次谐波电流有效值。电流总谐波含量反映了电流波形的畸变特性，用基波电流百分比表示的电流总谐波含量叫总谐波失真THD，也叫总谐波畸变率。

根据功率因数PF的定义，功率因数PF是指交流输入的有功功率 P 与输入视在功率 S 之比值，即

其中， U为输入电源电压； 叫基波功率因数（相移因数），它反映了基波电流 与电压 U的相位关系，是基波相位角；输入基波电流有效值与输入总电流有效值 的百分比即 λ=/叫输入电流失真系数。

上式表明，在非正弦波电路中，功率因数 PF不仅跟基波电流与电压之间的相位角有关，而且还与输入电流失真系数λ有关。输入电流失真系数就是基波电流相对电压的滞后情况。将式（2）与（4）代入式（5） ,则功率因数 PF 与总谐波失真 THD 有如下关系：

上式说明，在相移因数 不变时，降低总谐波失真THD，可以提高功率因数PF；反之也能说明，PF越高则THD越小。例如，当相移角=0，THD=30%时，PF=0.9578；THD=10%时，PF=0.9950。

在以前，电气设备的波形比较接近正弦波，谐波不多，大多数情况下基波电流≈总电流，输入电流失真系数λ≈1，≈，所以可以等同为功率因数。而在非正弦供电电路中，功率因数没有明确的物理意义，我们更多关注的应该是基波功率因数 (相移因数)。