國際規範為連接到電網的電氣和電子設備的電能質量設定了標準。基本線性電源無法滿足這些標準的功率因數和THD規格。這篇文章說明了原因。
功率因數和總諧波失真（THD）是電氣和電子設備電能質量的關鍵指標。通常，功率因數應儘可能接近1，並且總諧波失真應儘可能低。
各種標準定義了“好”系統的級別。線性電源通常會導致系統電能質量不佳，本文將介紹其原因，並指出可以採取哪些措施。
IEC 61000-3-2和 Energy Star 80 Plus等國際標準為連接到電網的電氣和電子設備的電能質量設定了規範。具體而言，IEC 61000-3-2：2014根據最大功率水平設定各類設備的諧波電流限值。Energy Star 80 Plus計劃規定了計算機設備的最小功率因數（100％負載時為0.9）和最低效率（80％）。
電能質量規格相當嚴格，結果是基本線性電源不能再用於許多應用，因為這種電源不可能滿足這些國際標準。
電能質量特性
在討論為什麼線性電源不能滿足這些標準之前，讓我們簡要地看一下這些標準所涉及的特性。
能源效率
能源效率是最容易理解的特徵。它只是系統可用或由系統產生的有用能量除以系統消耗的總能量。能效標準的重要性顯而易見 - 效率降低意味著更多的能源浪費。
THD（總諧波失真）
總諧波失真的概念比能量效率稍微複雜一些。這裡更詳細地討論THD ，但簡要描述是通過對信號的所有諧波分量（在這種情況下為電流）求和並將該和與基頻進行比較來確定。
換句話說，THD由信號中的所有頻率產生，這些頻率是基頻的倍數，但不是基頻。
考慮THD的一般方法如下：完美的正弦波沒有諧波分量，週期信號看起來像一個完美的正弦波，它將具有更多的諧波分量。THD電流標準很重要，因為這些高頻電流元件對電氣系統有各種不良影響，包括增加的總電流，增加電機的磁芯損耗以及與其他電子設備的電磁干擾。
PF（功率因數）
功率因數也是比能效更高級的主題，您可以
在此處閱讀更多有關它的詳細信息。基本思想是功率因數是傳遞給系統的實際功率除以傳遞給系統的視在功率量（最大功率因數為1，越接近1越好）：
其中PF是功率因數，P是實際功率，S是視在功率。| S | 等於I RMS ×V RMS，PF表示系統實際使用的視在功率的分數。
剩餘的功率稱為無功功率，它在系統中從源到負載來回振盪而不會耗盡。如果兩個系統需要相同數量的真正動力，傳遞到系統，更無功電流必須比傳遞到系統用更少的無功功率的電流。換句話說，功率因數標準很重要，因為低功率因數系統需要更高的峰值電流來提供相同數量的實際功率。
影響功率因數的系統的兩個關鍵方面是諧波失真（這稱為失真因子）和交流電壓與電流之間的相位關係（該相位差的餘弦稱為位移因子）。電流越正弦，失真因子越接近統一。電壓和電流之間的相位差越小，位移因子就越接近於1。結合失真因子和位移因子給出了功率因數的另一個等式：
其中I1，RMS是基頻電流的RMS值，IRMS是總電流的RMS值，φ是電壓和電流之間的相位差。
會議規格面臨的挑戰
讓我們回到為什麼線性電源通常不能滿足IEC 61000-3-2：2014等規範的電能質量標準。首先，讓我們檢查一下這些電源的運行情況，並仔細觀察電流消耗以及電壓和電流之間的關係。
以下是基本線性電源的示意圖和示意圖：
圖1.線性電源原理圖和圖片
它包括一個用於降低電網電壓的變壓器，一個將電網的交流電壓轉換為直流電壓的整流器，一個用於濾除電壓的電容器，以及一個用於將電壓保持在恆定值的調節器（電路在圖1不包括調節器）。
即使我們假設負載是線性的（很可能不是），從AC側流入該系統的電流也是突發的。這些突發主要是由於電容器的充電和放電，因為它過濾了電壓紋波。這些突發的結果是系統中的低功率因數和高諧波電流。
圖2顯示了進入系統直流側的電流（I rect）與負載電壓（V DC）的關係。注意電流的大峰值，然後是無電流時段 - 儘管負載本身的電流或多或少是恆定的，但電源的交流側必須以突發方式提供電流。
圖2.來自整流器的電流和負載兩端的直流電壓
由於直流側的大尖峰引起的交流側電流可以在圖3中看到，圖3顯示了交流電流與交流電壓的關係。交流電壓是正弦的，但交流電流不是。
圖3.線性電源的交流電壓和電流
AC電流的週期性但非正弦性質表明功率因數將是低的並且THD將是高的。該系統的電能質量測量結果表明，功率因數約為0.35，總諧波失真大於30％。這些值不能滿足IEC 61000-3-2或Energy Star 80 Plus的規格要求。
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