非线性负载（整流器）和功率因数

我读到功率因数表明有多少视在功率，视在功率在电源线和负载之间循环，除了加热传输线和其中的变压器外，什么都不做。他们说这是由于电流与电压异相造成的。特别地，当电压为正但电流为负时，功率从负载流出。

此外，我看到二极管整流器仅在输入电压超过负载电压时才在峰值电压的短时间内导通（整流器的输出电容器=负载电压）。因此，在这些短脉冲期间消耗了所有功率。我读过一篇文章，说人们什么都不了解，整个问题不是功率因数，而是这些脉冲使电源线中的变压器过载（由于磁化损失的危险，不允许在变压器中产生大电流）。但是，当您在正弦的很小一部分中消耗所有功率时，就会发生大电流。显然，电流与功率因数为1的参考（电阻）负载中的电压不成比例。但是，我在这里看不到任何负功率！整流器不具有正输入电压和负电流。在峰值正电压下，所有电流均为正。那么，非线性负载如何产生视在功率？

换句话说，维基百科说 http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Power_factor

简单的离线开关模式电源包含一个连接到大型储能电容器的简单全波整流器。当市电瞬时电压超过该电容器两端的电压时，此类SMPS会以短脉冲的形式从AC线汲取电流。在交流周期的其余部分，电容器为电源提供能量。

结果，这种基本开关模式电源的输入电流具有高谐波含量和相对较低的功率因数。

他们如何得出结论，谐波含量会产生低功率因数？表观力量从何而来？

我知道电流具有谐波（频率分量），这意味着它在电压保持单极性时会来回振荡。电流的这些高频振荡可能会产生视在功率。但是，净流量仍然为正，电流仍仅在一个方向上流动，这与电压极性相对应，并且振荡不会使电流在相反方向上流动以产生视在功率。

您似乎遗漏的一点是，在电源循环的一部分期间，不需要将功率从设备传输回电源线即可使功率因数小于1。

尽管实际上它们在数学上都是相同的，但是有多种方法可以查看真正的功率因数。一种方法是输送到产品的有功功率相对于RMS电压和电流的比率。如果电流是正弦波（在这种情况下，请考虑电压始终是正弦波，因为电源线具有如此低的阻抗），那么当它与电压同相时，功率因数就为单位；当与电压成90度时，功率因数就为0。相。对于正弦波，功率必须在部分周期内流回线路，以使其功率因数小于1。

但是，许多其他波形也是可能的。当电压为正时，电流可以始终为0或正，当电压为负时，电流可以始终为0或负，但这不是正弦。您提到的由全波桥引起的尖峰就是一个很好的例子。功率从不流回电源线，但功率因数小于1。做一些示例，计算全波桥汲取的RMS电流。您将看到从电源线提取的总有功功率小于RMS电流乘以电源线电压（再次，我们假设电源线电压始终为正弦）。

换一种说法，传输系统的损耗与电流的平方成正比。全波电桥以高幅度的短尖峰吸收电流。由于损耗的平方性质，这比平均的平均电流差得多。通过数学计算，您会意识到使电流的均方根最小的方法是使电流与电压成正弦。这是实现统一权力的唯一途径。

您提到的另一种看待此问题的方法是考虑电流的傅立叶展开式。我们假设某个电流波形在每个电源线周期中都会重复，因此它具有傅立叶级数。任何这样的重复波形都可以表示为在电源线频率下的一系列正弦波之和及其正整数倍。例如，在60 Hz功率下，波形是60 Hz，120 Hz，180 Hz，240 Hz等时的正弦波之和。唯一的问题是这些谐波中每个谐波的幅度和相移是多少。显然，只有基波（本例中为60 Hz分量）能够从电源线汲取任何净功率，并且只能达到与电压同相的程度。由于所有要素都是罪过 除基波的同相分量外，每个都将在周期的一部分中汲取功率，并在周期的另一部分中返回相同的功率。因此，如果将电流波形分解为正弦波分量，则将功率因数视为必须在周期的一部分内放回功率的方法是有效的。但是，可以有一组正弦波分量，它们在不同时间获取功率并将其返回电源线，以使任何时候来自所有分量的净值为零或正。全波桥电流就是这种波形的一个例子。可能有一组正弦波分量，它们在不同的时间获取功率并将其返回电源线，以使任何时间来自所有分量的净值为零或正。全波桥电流就是这种波形的一个例子。可能有一组正弦波分量，它们在不同的时间获取功率并将其返回电源线，以使任何时间来自所有分量的净值为零或正。全波桥电流就是这种波形的一个例子。