浅解深奥的功率因数PFC.docx

                                                                 作者：唐山 吴善龙

PFC电路，是功率因数校正电路的英文缩写。

功率因数：这个名词，我们在上高中物理课时，就已经在课堂上学习过。只不过当年大家对电路陌生，理解不透。电路中的元件，通常分为纯阻性元件和电抗性元件。电阻就是纯阻性元件。把交流电压加在电阻的两端时，在交流电压的作用下产生同相的交流电流，因此，纯阻性的元件，最大的特点是流过电阻的交流电流，与加在两端的交流电压同相。即电压和电流相位相同。此时，电能量就会全部消耗在电阻上，变成热能、光能、动能、声能输出。这样情况称为最佳的功率因数：功率因数=1

电抗性元件，分为电容性和电感性。两者有相反的电气特性。

大家都知道电容器的内部结构是由一对相距很近的金属极板构成，两个极板之间距离很近，当在两个极板上加上电压时，两个极板间就会建立电埸，在该电埸的作用下，两个极板上一个产生正电荷，另一个产生负电荷。因此，电容器中的极板可以储存电荷。

当把电容器接在电路中时，电路中的电压就会对电容器充电，在充电开始前，两个极板之间的电压为零，加上电压后，两个极板开始充电，两个极板上的电荷，随着充电时间的累积延长，电荷越来越多，电容两端的电压也就越来越高，随着充电的进行，电容两个电极上的电荷越来越满，因此，充电电流越来越小。也就是说：流过电容器的电流一开始很大，但电容两极间的电压一开始很低。随后电容上电压越来越高，流过电容的电流越来越小。因此，流过电容器的电流相位，超前电容两端电压相位90度。称之为容性电流。

当把一个电容器接在交流电路中时，流过电容器的交流电流超前电容两端交流电压的相位90度。因为两差相位差90度，导致电容器在交流电路中不消耗电能。因此，在交流电路中的电容是不发热的。电容不消耗电能：这是对理想的电容器说的，所谓理想电容，是指电容不含有电阻成份。实际上这样的电容器是不存在的，因为电容的引线存在电阻，电容器的电极板存在电阻。因此，当电容器流过的交流电流很大时，也会发热。只不过发热量与电阻相比，低很多倍。由于理想的电容器电流与电压相位差为90度，送到电容器上的电能不能被电容消耗，流过电容器的电流会在发电厂与电容器之间返往无功流动，被输电网导线中的电阻无谓的消耗，称之为功率因数为零。

电感的内部结构是由金属导线绕成的线圈，因为铜的电阻特小，导通电阻最小，因此，线圈一般由铜线绕成，有的时候对于要求不高的埸合，为了省钱，也有用铝线绕线圈的。线圈的圈数越多、线圈的直径越大，其电感量越大。

线圈的电感量，总是反对并阻止流过线圈电流的变化。当流过线圈的电流增大时，线圈的电感量会反对电流的增大。当流过线圈的电流减小时，线圈的电感量会反对电流的减小。因此，线圈对直流电没有感抗，直流电可以无阻碍的流过线圈。因此，线圈对于直流电来说，就是一段导线。没有电阻。

交流电的特点是它的电流和电压，每时每刻都在变大或变小，因此，当交流电流过电感线圈时，就会受到电感线圈的反抗和阻碍，使流过线圈的交流电流变得较小。因为线圈的电感总是反对电流的变化，因此，流过线圈的交流电流滞后线圈两端交流电压90度。

电感器与电容器正好相反，当把电感接在交流电路中时，流过电感的交流电流滞后电感两端交流电压的相位90度。称之为感性电流。正因为流过电感的交流电流滞后电感两端交流电压90度，因此，电感在交流电路中是不消耗交流电的能量的。所以，交流电路中的电感线圈是不发热的。但这是对理想的电感线圈而言，理想的电感线圈只有电感量，没有电阻。实际上线圈中的铜线是有电阻的，因此，线圈也是会消耗交流电的。只不过消耗的很少。

大家都知道：发电厂发出的是交流电，通过高压线送到全国各地的居民家、工厂、公司、各个用电户中。如果用户家的电器是纯阻性负载，则发电厂的电能，能很好的送到用户家中做功。但如果用户家的电器不是纯阻性负载，而是电阻性负载中含有部份电容性或是电感负载，那么，这么电容性负载或是电感性负载，它们要占用电厂送来的部分交流电流，这些电抗性电流在用户家中不做功，而只是在用户家与发电厂之间不做功的来回流动，无功流动中还会被电网中导线的电阻消耗掉。称之为功率因数为零。这就好像一个空车在高速公路上来回跑，没有运送货物，但占用了路面，还白白烧了不少的汽油。

综上所述：对于国家电网来说，希望各家各户的电器是纯阻性负载，不要有电容性或电感性负载。而实际上，电视机的电源板内，有大量的电容器，也有大量的电感线圈和变压器，这些，都会使电视机的功率因数变得很低。为此，要想办法提高电视机的功率因数。

因为电视机电源板内存在大量的电容器和电感线圈及变压器，导致电视机的功率因数低，在国家电网和电视机电源板之间流动着无功电流，这些无功电流流过用户家的电表时，电表并不会走字，用户家不会为此多付电费。但无功电流会占用国家电网输电线的电流容量，无功电流白白的在发电厂和用户家往返流动，会在国家电网的电线电阻上产生电能损耗，为国家带来损失。为此，必须提高电视机的功率因数。这才在LCD电视机中全部增加了PFC电路。而老式CRT电视机，那时候国家还没有出台类似的法规，因此，CRT电视机中都没有PFC电路。

通过以上讲解，大家可能总结出：PFC电路，对电视机而言，没有提高电视机的性能，也没有节电，反而增加了耗电（增加一级开关电源PFC电路，就增加了1份耗电）、增大了故障率。 对用户而言没什么好处。只是提高了国家电网的电损、提高了国家电网的利用率。这是国家的用电法规，因此，现在的LCD电视机必须有PFC电路。打个比喻：好比要求每个家用轿车增加尾气过滤装置。多了这个尾气过滤装置，并没有使轿车省油，也没有增加汽车的功率，也没有提高汽车的性能。只是对改善国家环境的大气有好处。