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技術專文

功率因數、諧波 圖 1、電感性負載所形成之電流波形 (Displacement PF=0.5)

與 UPS 節能模式
500
之關係 400
300 Voltage
Current
Voltage(V), Current(A) 0
200
UPS 啟用節能模式後，變電站會受 100
到負載之功率因數及諧波影響，導 -100
致變電站供電品質下降，因此，改 -200
善功率因數與諧波便能維持變電站 -300
的供電品質。實際上，功率因數與 -400
諧波有著密不可分的關係，在改善 -500
0 5 10 15 20 25 30 35
功率因數及諧波之前，必須先了解 t (ms)
功率因數與諧波之關係方能對症下
藥。

功率因數可衡量用電品質的好壞， 圖 2、失真之電流波形 (Distortion PF=0.94)
功率因數越高，代表負載之用電
品質越佳，當負載功率因數低落 ITHD=37.8%, Total PF=0.47, Displacement PF=0.5
時，將增加供電系統的負擔，因 500
400
此，台電公司對於用戶功率因數有 Voltage
300
一定要求 [1] ，當用戶功率因數低 200 Current
於 0.8 時會額外收取電費，反之， 100
若用戶功率因數高於 0.8，則享有 Voltage(V), Current(A) 0
電費減免之優惠。功率因數與負 -100
載特性相關，可依負載電流組成 -200
分為兩個部分：第一部分稱為位 -300
移 功 率 因 數 (Displacement Power -400
-500
Factor)，第二部分稱為畸變功率 0 5 10 15 20 25 30 35
因 數 (Distortion Power Factor)， t (ms)
兩者之乘積為總功率因數 (Total
Power Factor) 或真功率因數 (True
[2]
Power Factor) 。
中 I1 為基頻電流之有效值 (Root- 換算如式 (4) 所示。 圖 2 及 圖 3 分
位移功率因數是由基頻 (60Hz) 電 Mean-Square, RMS)，I2、I3 及 I4 別為一失真之電流波形與其對應頻
流對於電壓之相角差造成，相角差 分別代表 2 次、3 次及 4 次諧波之 譜。
越大則功率因數越低，如式 (1) 所 有效值，其物理意義為基頻電流之
Distortion Power Factor
示 ( 其中 θ 為基頻電流波形與電壓 有效值對於總電流有效值之比值，
波形之相角差 )，位移功率因數主 電流諧波成分越低，則畸變功率因 ....(2)
要由電感性負載 ( 相角落後 ) 或電 數會趨近於一。一般而言，非線性
容性負載 ( 相角超前 ) 構成，一般 元件切換會使電流波形產生畸變，
.
(3)
實務上多為電感性負載 ( 如馬達 )， 例如切換式電源供應器 (Switching
因此變電站會設置電容器與之匹 Mode Power Supply, SMPS) 或 Distortion Power Factor
配，避免變電站負載功率因數過 變 頻 器 (Variable Frequency Drive, ..................................(4)
低， 圖 1 為電感性負載所形成之電 VFD)，由於開關切換所形成之畸變
流波形，其電流落後電壓 60°， 電流波形含有高頻成分，會使原本 綜合上述說明，線性負載 ( 不含諧
等效功率因數為 0.5。 應趨近於弦波的電流波形失真。在 波成分 ) 之畸變功率因數為一，其
分析諧波時，普遍使用總諧波失真 總功率因數等於位移功率因數；而

(Total Harmonic Distortion, THD) 非線性負載因含有諧波成分，會使
................................................(1)
作為指標，如式 (3) 所示，其意義 得畸變功率因數小於一，此時總功
畸變功率因數是由諧波 ( 大於基 為高頻諧波量對於基頻量之比率， 率因數會因諧波而變低 [2] ，如 圖 2
頻 60Hz 之成分統稱 ) 電流造成， 因此 THD 越高代表諧波成分越高， 之失真電流波形便使得總功率因數
畸變功率因數可表示如式 (2)，其 畸變功率因數與電流總諧波失真可 由 0.5 變為 0.47。位移功率因數與

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