簡單的聊聊什么是功率因數

在交流系統中， 電源提供正弦電壓波形 ， 負載則主導電流波形 。在加熱器或白熾燈泡等最簡單的“阻性”負載中，電流波形與電壓波形形狀一致，并且相位（時間軸）也保持一致。在下圖中，電壓與電流的乘積始終為正。 阻性負載的功率因數被定義為1 ，Φ=0，這意味著 100%的負載電流消耗成以W為單位的負載功率（有功功率，單位W）。

然而，很多類型負載雖消耗掉部分電流，卻不用于以W為單位的功率消耗。通常來說，這些無法輸送有功功率的電流，要么是因為電流在相位（時間軸）上與電壓波形沒有保持一致（ 電流相位偏移 ），要么電流頻率與電源電壓不同（ 諧波電流 ）。下圖顯示了形狀相同的兩種波形（即沒有諧波電流），但電流波形超前于電壓波形90°。在這種情況下，電壓與電流的瞬時值乘積在一半時間為正，另一半時間為負，也就是說輸送至負載的功率在正負值之間交替變化，平均功率（W）為零。如果電流與電壓相位偏移90°，周期內的平均功率就不會輸送至負載。

也就是說實際的負載電流可以分為三個部分： 與電壓相位相同的電流部分 （輸送有功功率的部分）； 與電壓相位偏移的電流部分 （不輸送有功功率的部分）；以及 載有諧波的電流部分 （也不輸送有功功率）

功率因數可以是指用輸送有功功率電流與總電流（包括相位偏移的電流和諧波電流）的比值 。因此，一個負載的功率因數始終介于0和1之間，其中1表示所有電流都用于給負載輸送有功功率，而0則表示所有電流部分都沒有用于給負載輸送有功功率（即相位偏移或諧波電流）。

如前文所描述，我們知道 相位偏移和諧波電流均會使功率因數降低 ，那么這兩種電流又是因何產生？

相位偏移的電流在通常被稱為“無功電流” ， 無功電流是由“感性”或“容性”負載引起的 。

對于電動機等感性負載而言，電流滯后于電壓而引起相位偏移（電感特性：電感比較倔強，反應慢半拍**。），因此感性負載被認為具有“滯后”功率因數。**

對于容性負載而言， 電流超前于電壓電流滯后于電壓而引起相位偏移（電容特性：電容比較敏感，反應快半拍**。**），因此 容性負載被認為具有“超前”功率因數 。

諧波電流是由所謂的“非線性”負載引起的，這些負載的電流波形在形狀上不同于供電電源的電壓波形 。

這里需要稍微解釋下幾個名詞。

所謂非線性，就是自變量和變量之間不成線性關系，成曲線或者其他關系。用函數解釋則為：y=f（x），當為一次函數時，y與x是線性關系，為其他條件則為非線性關系。

萬能的傅里葉變換告訴我們：任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。

一般周期性波形不是完美的正弦函數或余弦函數，也就是說波形存在畸變 ，因此根據上述傅立葉變換，周期函數都可以展開為常數與一組具有共同周期的正弦函數和余弦函數之和。

其展開式中， 常數表達的部分稱為直流分量 ， 最小正周期等于原函數的周期的部分稱為基波或一次諧波 ，最小正周期的若干倍等于原函數的周期的部分稱為高次諧波。因此高次諧波的頻率必然也等于基波的頻率的若干倍，基波頻率3倍的波稱為三次諧波，基波頻率5倍的波稱為五次諧波，以此類推。 不管幾次諧波，他們都是正弦波 。

開關電源控制的電機就是典型的非線性負載，這也就是為什么驅動電機技術經常會聽到“諧波”的原因。各種驅動電機技術的提升和改進也在圍繞諧波進行。