国际规范为连接到电网的电气和电子设备的电能质量设定了标准。基本线性电源无法满足这些标准的功率因数和THD规格。这篇文章说明了原因。
功率因数和总谐波失真（THD）是电气和电子设备电能质量的关键指标。通常，功率因数应尽可能接近1，并且总谐波失真应尽可能低。
各种标准定义了“好”系统的级别。线性电源通常会导致系统电能质量不佳，本文将介绍其原因，并指出可以采取哪些措施。
IEC 61000-3-2和 Energy Star 80 Plus等国际标准为连接到电网的电气和电子设备的电能质量设定了规范。具体而言，IEC 61000-3-2：2014根据最大功率水平设定各类设备的谐波电流限值。Energy Star 80 Plus计划规定了计算机设备的最小功率因数（100％负载时为0.9）和最低效率（80％）。
电能质量规格相当严格，结果是基本线性电源不能再用于许多应用，因为这种电源不可能满足这些国际标准。
电能质量特性
在讨论为什么线性电源不能满足这些标准之前，让我们简要地看一下这些标准所涉及的特性。
能源效率
能源效率是最容易理解的特征。它只是系统可用或由系统产生的有用能量除以系统消耗的总能量。能效标准的重要性显而易见 - 效率降低意味着更多的能源浪费。
THD（总谐波失真）
总谐波失真的概念比能量效率稍微复杂一些。这里更详细地讨论THD ，但简要描述是通过对信号的所有谐波分量（在这种情况下为电流）求和并将该和与基频进行比较来确定。
换句话说，THD由信号中的所有频率产生，这些频率是基频的倍数，但不是基频。
考虑THD的一般方法如下：完美的正弦波没有谐波分量，周期信号看起来像一个完美的正弦波，它将具有更多的谐波分量。THD电流标准很重要，因为这些高频电流元件对电气系统有各种不良影响，包括增加的总电流，增加电机的磁芯损耗以及与其他电子设备的电磁干扰。
PF（功率因数）
功率因数也是比能效更高级的主题，您可以
在此处阅读更多有关它的详细信息。基本思想是功率因数是传递给系统的实际功率除以传递给系统的视在功率量（最大功率因数为1，越接近1越好）：
其中PF是功率因数，P是实际功率，S是视在功率。| S | 等于I RMS ×V RMS，PF表示系统实际使用的视在功率的分数。
剩余的功率称为无功功率，它在系统中从源到负载来回振荡而不会耗尽。如果两个系统需要相同数量的真正动力，传递到系统，更无功电流必须比传递到系统用更少的无功功率的电流。换句话说，功率因数标准很重要，因为低功率因数系统需要更高的峰值电流来提供相同数量的实际功率。
影响功率因数的系统的两个关键方面是谐波失真（这称为失真因子）和交流电压与电流之间的相位关系（该相位差的余弦称为位移因子）。电流越正弦，失真因子越接近统一。电压和电流之间的相位差越小，位移因子就越接近于1。结合失真因子和位移因子给出了功率因数的另一个等式：
其中I1，RMS是基频电流的RMS值，IRMS是总电流的RMS值，φ是电压和电流之间的相位差。
会议规格面临的挑战
让我们回到为什么线性电源通常不能满足IEC 61000-3-2：2014等规范的电能质量标准。首先，让我们检查一下这些电源的运行情况，并仔细观察电流消耗以及电压和电流之间的关系。
以下是基本线性电源的示意图和示意图：
图1.线性电源原理图和图片
它包括一个用于降低电网电压的变压器，一个将电网的交流电压转换为直流电压的整流器，一个用于滤除电压的电容器，以及一个用于将电压保持在恒定值的调节器（电路在图1不包括调节器）。
即使我们假设负载是线性的（很可能不是），从AC侧流入该系统的电流也是突发的。这些突发主要是由于电容器的充电和放电，因为它过滤了电压纹波。这些突发的结果是系统中的低功率因数和高谐波电流。
图2显示了进入系统直流侧的电流（I rect）与负载电压（V DC）的关系。注意电流的大峰值，然后是无电流时段 - 尽管负载本身的电流或多或少是恒定的，但电源的交流侧必须以突发方式提供电流。
图2.来自整流器的电流和负载两端的直流电压
由于直流侧的大尖峰引起的交流侧电流可以在图3中看到，图3显示了交流电流与交流电压的关系。交流电压是正弦的，但交流电流不是。
图3.线性电源的交流电压和电流
AC电流的周期性但非正弦性质表明功率因数将是低的并且THD将是高的。该系统的电能质量测量结果表明，功率因数约为0.35，总谐波失真大于30％。这些值不能满足IEC 61000-3-2或Energy Star 80 Plus的规格要求。
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