二、工业系统的功率因数校正（PFC）
我们的市电及工业供电均是交流供电，其交流电的波形是正弦波。由于工业系统大量的应用大功率的电感性负载设备，例如大功率的电动机、大型配电变压器等，这些感性设备在正弦交流供电工作其功率因数都小于1，有的甚至低于0.9以下，这些设备在工作时需要消耗大量的无功功率，由于无功功率在电网中的流动，增加了供电线路的负荷，线路压降增大增加电能的损耗。
为什么会有这些不好的现象产生？
要弄清楚其原因还要依靠电磁感应的基本原理来进行解释。
我在本博客关于电磁感应文章（学好电磁感应的原理——提高我们分析电路判断故障的能力）里面已经介绍；外加电势加到感性负载上，由于其自感电势的对抗，负载内部的电流不会立即上升，而是先有电压后电流才能逐步上升，也就是电压超前电流。
那么正弦交流电加到电感性设备上；电压和电流的关系会怎么样呢？
因为正弦交流电的幅度是周期性变化的；一个周期是360度；（由00→900→1800→2700→3600 ）。图2.1所示是连续正弦交流电的波形。
图2.1
这样一个正弦波形的交流电加到感性负载上，在感性负载的内部也会产生一个自感电势来对抗外加正弦波形电势引起电流的变化，图2.2所示；由于自感电势的方向总是和外加电势方向相对抗的（楞次定律），所以在图2.2中虚线所示是自感电势V感 和外
图2.2
加电势V是反相的关系，自感电势也是正弦波形。
由于自感电势的对抗，感性负载内部电流的产生滞后于外加电势。现在外加电势是正弦波形，那么在负载内部就有具有一定滞后量的电流，其波形即也是正弦波形。图2.3所示；在图中蓝色粗虚线所示就是感性负载中电流的波形，（在正弦交流电路中；纯感性的负载中的电流滞后于电压900）。
图2.3
从图2.3可以看出：
当外加电压V的瞬时幅度达到最大值时（900）；此时电流I的瞬时幅度为0。
当外加电压V的瞬时幅度下降为0时（1800）；此时电流I的瞬时幅度为最大值。
当外加电压V的瞬时幅度达到最大负值时（2700）；此时电流I的瞬时幅度为下降0。
当外加电压V的瞬时幅度回升为0时（3600）；此时电流I的瞬时幅度为最大负值。
依此循环；这就形成了在正弦交流电路中；电感性负载两端所加的电压和内部流过的电流在相位上不同步：当供电电路电压瞬时值（绝对值）达到最大时；其电流瞬时值为0，当供电电路电压瞬时值降为0时；其电流瞬时值（绝对值）即达到最大值。
通过对图2.3的分析可以得出如下结论：在正弦交流电路中，纯电感两端的电压超前电流900，或者说，电流滞后电压900，图2.4所示。
图2.4
当电流达到最大值时供电电路的电压为零。这就造成了一个恶果；即在电流达到最大值时；因为电路电压为零，感性负载内部的电流会回流到供电电路中。由于工业系统中的感性设备功率庞大，这些回流的电流也是巨大的，这些回流的电流和原来电路中电流叠加，这就增加了供电线路的负荷，线路压降增大、增加电能的损耗，这是供电、用电部门都不愿意看到的，必须要解决的。
功率因素校正
功率因素的校正就是禁止电感性负载的电流（感性电流）回流入电网，始终要保持电网中的电流和电压相位相同。
解决的方法：就是在靠近电感性负载的两端并联一个容量适合的电容器，使回流的电流流进电容器；对电容器充电。使电容和电感之间不断的充电、放电进行能量的交换，来维持感性负载的电磁感应过程，而供电线路不受影响，既保证了供电电路电压和电流的同相关系，又保证了用电方能量的利用。现在工业共、用电系统的大“电容器柜”、“电力电容器”就是干这个用的。
在在正弦交流电路中电容器的特性是；电流超前电压900（电工原理），而正弦交流电路中电感的特性是；电压超前电流900，一个电压超前电流900 ，一个电压滞后电流900，把这两个（电感和电容）放在一起，只要参数搭配适当，就达到了电压和电流的相位相同，只要搭配精确功率因数就校正到接近于1了，多么巧妙。图2.5所示；
图2.5
可以看出采用在感性设备上并联电容器来校正功率因数的原理是：
感性负载和电容器之间就地进行能量交换，感性负载所需用的无功功率一部分或大部分可以由并联的电容器供给。能量的吸收与释放，原来只在负载与电源之间进行，现在一部分或大部分改在感性负载与电容器之间进行，从而减小因能量交换而在外部线路上流通的那部分电流，节省了能耗、降低了线路损耗，这是供电、用电部门希望看到的结果。
在正弦交流电路中，阻性负载（电熨斗、电炉）是电压、电流同相位，感性负载是电压相位超前电流相位，容性负载是电流相位超前电压相位，如果在感性负载的电动机，变压器上并联一个适合的电容器；超前的和滞后的相互抵消，那么从电网看过去，这个感性负载的电动机或变压器的供电电压和电流相位就相同了，也就是其负载特性也变成阻性的了，某些部门也就是依靠判断电路中电压、电流的相位差，来判断其设备的功率因数是否校正合格。
对于PFC的概念上面已经叙述很多了，下面把电力系统功率因数及功率因数校正（PFC）概念总结一下以利于对后面讲述电视机开关电源PFC电路的概念进行区分及理解。
（注意：电视机开关电源电路中的PFC概念完全不同于前述工业电力系统PFC的概念）
总结：
在工业电力供电系统中；如果用电设备的负载特性含有感性（主要是感性）成分，则会在外界正弦波电压上升期内形成能量存储（电感器件磁场中存储的能量为El=0.5LI2）。在正弦波电压下降期内，电感性器件中存储的能量将会返回电网，形成无功功率。
由此可见，用电设备形成无功功率有两个必要条件：
1、用电设备中必须包含能存储电能的感性电抗（L）成分的负载，以在正弦波电压上升期存 储能量。
2、在正弦波电压变化的过程中，存储在感性电抗（L）器件中的能量必须要能返回电网。
无功功率就是指用电设备感性电抗器件中存储的返回电网的能量（这个能量只参与感性负载的电磁感应过程），这部分能量没有对负载做功。而且形成电流返回电网的无功功率增加了电网的负担，减少电网对其它设备供电的容量，返回电网的无功功率，被供电电路的阻性成份转化为热能损耗掉了，这即有损于供电部门的利益也有增加了电能用户的经济负担。
在具有感性电抗（L）成份的负载端，并接一只适当容量的电容器，把负载电抗成份返回电网的能量进行吸收存储，在下一个周期，电抗成份进行能量存储时由电容器存储的能量对电抗分量进行释放，以完成电抗成份负载的电磁感应过程，这样即减少的能量回流引起电网的负担，下一个周期的电磁感应过程又不产生新的能量损耗，是一个利国利民的好措施，这就叫：功率因数校正（PFC）。
下一篇：电视机开关电源中的功率因数校正（PFC）。
注： cos φ 是什么？
在一些其它的书籍中把电路的功率因数用 cos φ 来表示，
也就是；在交流电路中，有功功率为：
P= U I cos φ
上式的P表示功率 U表示电压 I表示电流。也就是功率等于电压和电流的乘积。
在上式中 cos φ 表示电压和电流之间的相位差（在正弦交流电的相量表示法中，当电压电流同相位时 COS=1,当电压和电流相位不同，出现相位差时COS均小于1）。
（三角函数cos是cosine的简写.表示余弦函数，按现代说法，余弦是直角三角形的邻边与斜边之比。在交流电的电压、电流相量表示法中；邻边与斜边分别表示电压和电流的相位，cos φ表示电压和电流的相位差的大小）
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