功率因数校正技术解析

功率因数校正(PFC)可减少交流电源系统中的能源浪费和基础设施压力，从而显著提高效率。本文介绍了功率因数 (PF) 的概念，解释了低功率因数造成的问题，并概述了 PFC 的优势。它还重点介绍了 RECOM 的高性能 RACPRO1 DIN 导轨电源，该电源具有主动 PFC 功能，可提高电源质量和可靠性。

什么是功率因数?

交流电源系统的功率因数 (PF) 是衡量电源使用效率的一个指标。它是负载吸收的实际功率(以瓦为单位)与流经电路的视在功率(以伏安为单位)之比。实际功率按电压和电流瞬时乘积的平均值计算，代表可用于做功的实际电能。相比之下，视在功率是以电压和电流均方根值的乘积计算的。当能量暂时储存在负载中并返回源时，或当非线性负载扭曲电流波形时，视在功率就会超过实际功率。这会导致流经电路的电流超过传输可用功率所需的电流。

完美的功率因数为 1，这意味着电压和电流同相，所有功率都在做有用功。功率因数小于 1 意味着电压和电流不同步，从而降低了有效功率传输。在交流电路中，电容性或电感性电抗会导致相移。对于电容性负载，电流领先于电压;对于电感性负载，电流滞后于电压。使用记忆符号 CIVIL：[电容(C)，I 超前 [在 V 之前];电感(L)，I 滞后 [在 V 之后]]。

在工业环境中，电感负载占主导地位。大多数工业设备(如电机、变压器、电焊机和感应加热器)都依靠磁场运行，因此都是感性负载。因此，这些负载会导致功率因数滞后。

低功率因数有哪些问题?

在电力系统中，与高功率因数负载相比，低功率因数负载在提供相同的有用功率时需要消耗更多的电流。这会导致更大的能量损耗，对配电基础设施造成更大的压力，并需要使用更大、更昂贵的组件。此外，低功率因数还会对电气设备本身造成不必要的压力，可能导致过早故障。

例如，功率为 300 W、PF 为 0.6 的电源装置(PSU)从电网中汲取 500VA 的电能，相当于仅提供 300 W 的可用电能就需要 500 W的基础设施压力。由于功率因数罚款和基于千伏安的计费方式，低 PF 会增加公用事业成本。这些罚款尤其影响到工厂、医院和数据中心等工业和商业设施。

什么是功率因数校正?

功率因数校正 (PFC)是改善电力系统功率因数的过程，使其更接近于统一值(1.0)。这是通过减少电压和电流之间的相位差以及最大限度地降低谐波失真来实现的。

PFC 可在外部或内部应用于 PSU。外部校正通常采用电容器或电感器作为无源 PFC。最常见的情况是，电容器通过提供领先的无功功率来补偿感性负载，从而减少从电源汲取的无功分量。在极少数情况下，电感器可用于抵消容性负载。无源 PFC 的主要缺点是只能提供固定补偿，无法适应负载变化。

PSU 内部的校正通常采用主动式 PFC，即使用特殊的电力电子电路来修改电流波形，以提高功率因数。主动式 PFC 的优势在于它能 “即时 ”适应负载变化。

功率因数校正的好处

在工业电源中实施 PFC 有以下几个优势：

降低能源成本(避免因功率因数过低而被电力公司处罚)

降低传输损耗(减少电缆和变压器中的能源浪费)

提高系统容量(为其他负载释放电力)

改善电压调节(更稳定的供电)

延长设备使用寿命(减少过热和对电气元件的压力)

高性能 RACPRO1 DIN 导轨电源

我们最近推出了 RACPRO1 系列 DIN 导轨电源，以满足最苛刻的工业应用需求。RACPRO1-T240,-T480 和 -T960 的功率分别为 240、480 和 960 W。这些电源具有多种 PFC 优势，是工业自动化和关键任务应用的理想选择。其中一些 PFC 优势如下：

高功率因数实现最高效率

RACPRO1 系列具有主动 PFC 功能，可确保高功率因数 (通常大于 0.9)。

这最大限度地减少了能源浪费，优化了电源使用，降低了不必要的电流消耗。

降低能源成本和公用事业罚款

高功率因数意味着减少无功功率，从而降低传输损耗。

许多公用事业公司会对低功率因数进行处罚，因此使用 RACPRO1 电源有助于避免额外费用。

减少对电气基础设施的压力

通过提高功率因数，RACPRO1 电源可降低电流需求，从而使布线、变压器和断路器的体积更小。

从而降低了安装成本，提高了电气系统的效率。

增强系统稳定性和性能

由于系统中循环的无功功率减少，电压调节得到改善，从而使连接设备的运行更加稳定可靠。

有助于防止电压骤降、闪烁和电气元件过热。

符合行业标准

符合 IEC 61000-3-2 和其他有关 PFC 和减少谐波的国际标准，确保全球应用的兼容性。

支持关键任务工业自动化

高效率和更高的电源质量使 RACPRO1 电源成为 PLC 系统、过程控制和自动化机械的理想之选，在这些应用中，稳定的性能至关重要。

紧凑可靠的 DIN 导轨设计

尽管集成了 PFC，RACPRO1 电源仍保持紧凑，便于安装在空间有限的控制面板中。

高平均无故障时间(MTBF)确保了在苛刻环境下的长期可靠性。

此外，主动浪涌电流限制和大于 0.9 的 PFC 可减少对保险丝和断路器的压力。最先进的 PFC 技术只是 RACPRO1 系列为工业 PSU 树立新标准的方式之一。

其他电源

RECOM AC/DC、DC/DC 和 EMC 知识手册广泛收集了成功实施 AC/DC 电源设计所需的经验和知识。

此外，RECOM 的“交流/直流电源的能源效率"：生态设计法规是由政府或监管机构制定的一套标准和指南，旨在确保产品在整个生命周期内最大限度地减少对环境的影响。这些法规主要侧重于通过减少浪费、排放和资源消耗来提高能源效率和促进可持续发展。

RACPRO1 网页提供了有关这一令人振奋的全新 DIN 导轨安装式电源系列的更多信息。