单相半波可控整流电路及计算公式
(整理)电力电子实验指导书完全版
电力电子技术实验指导书目录实验一单相半波可控整流电路实验 (1)实验二三相桥式全控整流电路实验 (4)实验三单相交流调压电路实验 (7)实验四三相交流调压电路实验 (9)实验装置及控制组件介绍 (11)实验一单相半波可控整流电路实验一、实验目的1.熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用；2.对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时的工作做全面分析；3.了解续流二极管的作用；二、实验线路及原理熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及线路图,了解各点波形形状。
将单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”端接至晶闸管的门极和阴极，即构成如图1-1所示的实验线路。
图1-1 单结晶体管触发的单相半波可控整流电路三、实验内容1.单结晶体管触发电路的调试；2.单结晶体管触发电路各点电压波形的观察；=f（α）特性的测定；3.单相半波整流电路带电阻性负载时Ud/U24.单相半波整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察；四、实验设备1.电力电子实验台2.RTDL09实验箱3.RTDL08实验箱4.RTDL11实验箱5.RTDJ37实验箱6.示波器；7.万用表；五、预习要求1.了解单结晶体管触发电路的工作原理，熟悉RTDL09实验箱；2.复习单相半波可控整流电路的有关内容，掌握在接纯阻性负载和阻感性负载时，电路各部分的电压和电流波形；3.掌握单相半波可控整流电路接不同负载时Ud、Id的计算方法。
六、思考题1.单相桥式半波可控整流电路接阻感性负载时会出现什么现象？如何解决？七、实验方法1．单相半波可控整流电路接纯阻性负载调试触发电路正常后，合上电源，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管VT两端电压波形U VT，调节电位器RP1，观察α=30o、60o、90o、120o、150o、180o时的Ud、U VT，记录于下表1-1中。
波形，并测定直流输出电压Ud和电源电压U22．单结晶体管触发电路的调试RTDL09的电源由电源电压提供（下同），打开实验箱电源开关，按图1-1电路图接线，负载为RTDJ37实验箱，选择最大的电阻值，调节移相可变电位器RP1，用示波器观察单结晶体管触发电路的输出电压波形（即用于单相半波可控整流的触发脉冲）。
第1章 单相可控整流电路
3.1单相可控整流电路 3.2三相可控整流电路 3.3晶闸管触发电路
3.1 单相可控整流电路
整流电路：出现最早的电力电子电路，可将交流电变为直流电。 按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路
和多相电路。 一 、 单 相 半 波 可 控 整 流 电 路 （ Single Phase Half Wave Controlled
无论u2在正半波或负半波，流过负载电阻的电流方向是相同的，ud，id 波形相似。
②晶闸管的电压（uVT）：
当晶闸管都不通时，设其漏电阻都相等则VT1的压降为近u2/2； 当VT1导通时，压降为其通态电压，近似为零；
-
+
t
f)
O
t
uVT
g)
O
t
3.1 单相可控整流电路
(2)原理：当u2过零变负后，电感上的反电势大于u2的负值则VDR承受正 向电压而导通，负载上由电感维持的电流，经二极管形成回路，而晶闸 管承受反压而关断。
（3）电流的计算:
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
A 晶闸管的平均电流
u2
VT
uVT
id
ud R
u2
b) 0 t1 ug
c) 0 ud
d) 0
uVT
e) 0
2
t
t
t
t
3.1 单相可控整流电路
u2正半波
ωt <α时 ： ud=0, uVT=u2 ， id=0 ,
ωt ≥ α时：ud=u2, uVT=0,
id=ud/R ,
直至ωt =π， id=0 ， VT关断。
单相半波整流可控电路(纯电阻,阻感,续流二极管)
电力电子技术实验报告实验名称：单相半波可控整流电路的仿真与分析班级：自动化091 组别： 08 成员：职业技术学院信息工程学院年月日一. 单相半波可控整流电路(电阻性负载) ................................................ 错误!未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理 (8)2. 单相半波整流电路建模................................................................... 错误!未定义书签。
3. 仿真结果与分析 (5)4. 小结 (8)二. 单相半波可控整流电路(阻-感性负载) ............................................... 错误!未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理................................................................... 错误!未定义书签。
2. 单相半波整流电路建模................................................................... 错误!未定义书签。
3. 仿真结果与分析............................................................................... 错误!未定义书签。
4. 小结................................................................................................... 错误!未定义书签。
三. 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管) ....................... 错误!未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理................................................................... 错误!未定义书签。
第四讲 单相半波可控整流电路
3）电路参数计算 ①输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id。
U d
1 2π
π
2U2 sin td(t)
2U 2 2π
[ cos t]π
0.45U
2
1
cos 2
2U2 (1 cos ) 2π
Id
Ud Rd
0.45 U2 Rd
1 cos 2
（2）接续流二极管时
②流过晶闸管电流的平均值IdT和有效值IT
单相半波可控整流带电阻性负载电路参数的计算
1）输出电压平均值与平均电流的计算：
Ud
1 2π
π
2U2 sin td(t)
2U 2 2π
[ cos t]π
2U 2 2π
(1
cos )
0.45U 2
1
cos 2
Id
Ud Rd
0.45U 2 1 cos
Rd 2
2）负载上电压有效值U与电流有效值的计算：
Rd 2π
4π
晶闸管可能承受的正反向峰值电压为：U TM 2U 2
4）功率因数 cos P UI π sin 2
S U2I
2π
4π
例1-3: 单相半波可控整流电路，阻性负载，电源电压U2为220V，要
求的直流输出电压为50V，直流输出平均电流为20A，试计算：晶闸 管的控制角。输出电流有效值。电路功率因数。晶闸管的额定电压和 额定电流，并选择晶闸管的型号。
定性分析： 1） 60o 时的波形分析 （a）输出电压波形
（b）晶闸管两端电压波形
60o 时输出电压和晶闸管两端电压的实测波形
（a）输出电压波形 （b）晶闸管两端电压波形
2） 120o时的波形分析 （a）输出电压波形 （b）晶闸管两端电压波形
单相半波可控整流电路
1
u
2
u
d
R
触发延迟角：从晶闸管 开始承受正向阳极电压 起到施加触发脉冲止的 电角度,用 a 表示,也称触 发角或控制角。
u b)
2
0 u c) 0 u d) 0 u VT e) 0
d g
wt
1
p
2p
wt
wt
a
q
wt
wt
导通角：晶闸管在一个电源周 期中处于通态的电角度，用θ表 示。
2-3
基本数量关系
41.77 Display
Voltage Measurement1 Mean Value
脉冲发生器设定：周期0.02s, 宽度10％，相位滞后 90/360*0.02s,幅值10
输出电压平均值 （直流电压）
2-17
单相半波可控整流阻感负载a=90度电流断续的仿真波形
输出电压
输出电流
2-18
3.1.2 单相桥式全控整流电路
a)
u1
u2
阻感负载的特点：电流不能 发生突变 电力电子电路的一种基本分 b) 析方法 通过器件的理想化，将电路 c) 简化为分段线性电路，分段进 行分析计算 对单相半波电路的分析可基 d) 于上述方法进行：当VT处于 断态时，相当于电路在VT处 e) 断开，id=0。当VT处于通态时， 相当于VT短路 f)
ห้องสมุดไป่ตู้wt
f) O uV T O
wt
I VDR rms
1 2p
p
2p a
p a g) I d (wt ) Id 2p
2 d
wt
2-13
单相半波可控整流电路的特点
a)
T u1
VT uV T u2
单相及三相半波可控与桥式全控整流电路原理
单相半波可控整流电路电阻性负载在生产实际中，有一些负载基本上是属于电阻性的，如电炉、电解、电镀、电焊及白炽灯等。
电阻性负载的特点是：负载两端的电压和流过负载的电流成一定的比例关系，且两者的波形相似；负载电压和电流均允许突变。
图8.8（a）即为单相半波可控整流电路带电阻性负载时的电路，它由晶闸管VT、负载电阻和变压器T主要来变换电压，其次它还有隔离一、二次侧的作用。
我们用、分别表示一次侧和二次侧电压的瞬时值；为一次侧电压有效值，为二次侧电压有效值，的大小是由负载所需的直流输出平均电压值来决定；、分别表示整流后的输出电压、电流的瞬时值；、分别为晶闸管两端电压和流过晶闸管电流的瞬时值；、分别为流过变压器一次侧绕组和二次侧绕组电流的瞬时值。
图8.8 单相半波可控整流带电阻性负载（a）电路图（b）波形图在单相可控整流电路中，从晶闸管开始承受正向电压，到其加上触发脉冲的这一段时间所对应的电角度()称为控制角（也叫移相角），用表示；晶闸管在一个周期内导通的电角度（）称为导通角，用表示，且在此电路中有的关系。
直流输出电压的平均值为（8.11）可见它是角的函数，通过改变角的大小就可以起到调节的目的。
当时，波形为一完整的正弦半波波形，此时输出电压为最大，用表示，。
随着的增大，将减小，至时，。
所以该电路角的移相范围。
直流输出电流的平均值为（8.12）而负载上得到的直流输出电压有效值和电流有效值分别为（8.13）（8.14）又因为在单相可控整流半波电路中，晶闸管与负载电阻以及变压器二次侧绕组是串联的，故流过负载的电流平均值即是流过晶闸管的电流平均值；流过负载的电流有效值也是流过晶闸管电流的有效值，同时也是流过变压器二次侧绕组电流的有效值，即存在如下关系（8.15）（8.16）流过晶闸管的电流的波形系数为（8.17）当时，即为单相半波波形，，与晶闸管额定电流定义的情况一致。
根据图8.8(b)中的波形可知，晶闸管可能承受的正反向峰值电压均为（8.18）另外，对于整流电路而言，通常还要考虑其功率因数和对电源的容量S的要求。
电力电子课程设计 单相半波可控整流
电力电子课程设计单相半波可控整流目录1. .......................................................................................................................... 绪论 (2)2. 单相半控桥式整流电路电路设计 (2)2.1电路原理图 (2)2.2单相桥式半控整流电路的计算公式 (3)2.3带阻感负载时的工作情况 (3)3. MATLUB仿真 (4)3.1 MATLUB仿真图 (4)3.2 元器件参数设置 (4)3.2.1设置晶闸管参数 (4)3.2.2设置交流电源参数 (5)3.2.3设置负载参数 (5)3.2.4设置脉冲参数 (6)3.3 仿真结果展示 (7)4. 结论 (8)参考文献 (9)1. 绪论电力电子技术是以电力、电能为研究对象的电子技术，又称电力电子学（Power Electronics）。
它主要研究各种电力电子半导体器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或设置，以完成对电能的变换和控制。
电力电子学是横跨“电子”“电力”“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。
由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，而构成的一门完整的学科。
故其学习方法与电子技术和控制技术有很多的相似之处。
单相桥式整流电路是一种相对重要的整流电路，把交流电能转换成直流电能的一种桥式整流电路。
它可以应用到很多的地方，在许多的元器件中都有用到，范围广泛。
本课程设计内容是设计一个单相桥式半控整流电路为PL负载提供直流电源。
本文需要研究的是设计一个主电路、控制电路组成的总电路，以及要进行MATLAB仿真实验。
其中主电路是要设计一个单相半控桥式整流电路，控制电路是要同步信号为锯齿波的触发电路。
2. 单相半控桥式整流电路电路设计单相半控桥式整流电路总体设计框图如图所示2.1 电路原理图实验电路如图所示。
单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路触发角α：从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称为触发角或控制角。
几个定义①“半波”整流：改变触发时刻，d u 和d i 波形随之改变，直流输出电压d u 为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在2u 正半周内出现，因此称“半波”整流。
②单相半波可控整流电路：如上半波整流，同时电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，因此为单相半波可控整流电路。
电力电子电路的基本特点及分析方法（1）电力电子器件为非线性特性，因此电力电子电路是非线性电路。
（2）电力电子器件通常工作于通态或断态状态，当忽略器件的开通过程和关断过程时，可以将器件理想化，看作理想开关，即通态时认为开关闭合，其阻抗为零；断态时认为开关断开，其阻抗为无穷大。
单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况（1）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的原理图①由4个晶闸管（VT 1 ~VT 4）组成单相桥式全控整流电路。
② VT 1和VT 4组成一对桥臂，VT 2和VT 3组成一对桥臂。
（2）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图①α~0：● VT 1 ~VT 4未触发导通，呈现断态，则0d =u 、0d =i 、02=i 。
●2VT VT 41u u u =+，2VT VT 2141u u u ==。
②πα~：● 在α角度时，给VT 1和VT 4加触发脉冲，此时a 点电压高于b 点，VT 1和VT 4承受正向电压，因此可靠导通，041VT VT ==u u 。
● 电流从a 点经VT 1、R 、VT 4流回b 点。
● 2d u u =，d 2i i =，形状与电压相同。
③)(~αππ+：●电源2u 过零点，VT 1和VT 4承受反向电压而关断，2VT VT 2141u u u ==（负半周）。
● 同时，VT 2和VT 3未触发导通，因此0d =u 、0d =i 、02=i 。
④παπ2~)(+：● 在)(απ+角度时，给VT 2和VT 3加触发脉冲，此时b 点电压高于a 点，VT 2和VT 3承受正向电压，因此可靠导通，03VT VT 2==u u 。
单相半波整流可控电路(纯电阻,阻感,续流二极管)
电力电子技术实验报告实验名称：单相半波可控整流电路的仿真与分析班级：自动化091 组别： 08 成员：金华职业技术学院信息工程学院年月日一. 单相半波可控整流电路(电阻性负载) ................................................ 错误!未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理 (8)2. 单相半波整流电路建模................................................................... 错误!未定义书签。
3. 仿真结果与分析 (5)4. 小结 (8)二. 单相半波可控整流电路(阻-感性负载) ............................................... 错误!未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理................................................................... 错误!未定义书签。
2. 单相半波整流电路建模................................................................... 错误!未定义书签。
3. 仿真结果与分析............................................................................... 错误!未定义书签。
4. 小结................................................................................................... 错误!未定义书签。
三. 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管) ....................... 错误!未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理................................................................... 错误!未定义书签。
课题3.单相半波可控整流电路(电阻性负载)
单相半波可控整流电路—电阻性负载
2.工作原理
电源 波形 u 2 0 ug 0a ud
wt1
p
2p
wt
当 0 a 45o 时，晶闸管虽承受正 向电压，但晶闸管的控制极无触发
门极 脉冲
wt
信号，晶闸管处于关断截止状态，
负载上无电压输出
u d =0。
输出 电压
wt1
p
2p
q
uVT 0
wt
VT电压 波形
o
输出 电压
wt1
p
2p
a 30
ud
形状的波形。
VT电压 波形 uVT 0
q
wt
wt1
p
2p
wt
单相半波可控整流电路—电阻性负载
2.工作原理
电源 波形 u 2 0 ug 0a ud
wt1
2p
wt
当 p a p 时，晶闸管承受反向
门极 脉冲
wt
电压，同时，晶闸管的控制极有触
发信号，晶闸管处于关断截止状态， 负载上无电压输出
6. 功率因数
P UI cos S U 2I
π a sin 2a 2 π 4 π
T
VT
u1
u2
u VT
id
ud
R
二、单相半波可控整流电路—阻感性负载
1.电路图
阻感负载的特点：电感对电
流变化有抗拒作用，使得流
过电感的电流不发生突变。
二、单相半波可控整流电路—阻感性负载
2.工作原理
课题三 单相半波可控整流电路 －－电阻性负载
《电力电子技术》
学习上次课程内容
1.晶闸管导通条件是什么？ 2.晶闸管关断条件是什么？
单相半波可控整流电路的设计
单相半波可控整流电路的设计一、引言单相半波可控整流电路是一种常见的电力电子设备，广泛应用于各种电源及调节系统中。
本文将对单相半波可控整流电路的设计进行深入的探讨，包括电路原理、设计步骤、参数计算等内容。
二、电路原理单相半波可控整流电路由半控桥和滤波电路组成。
半控桥由两个可控硅和两个二极管组成，可控硅用于实现整流操作，二极管用于构成半波整流电路。
滤波电路包括电感和电容，用于平滑输出电压。
三、设计步骤3.1 选择可控硅和二极管根据需求确定可控硅的额定电流和电压，选择合适的型号。
选取二极管时，应保证其耐压和额定电流满足需求。
3.2 计算滤波电感和电容值根据输出电流和输出电压的要求，选择合适的滤波电感和电容的值。
计算时应考虑电路中的损耗和纹波等因素。
3.3 计算电阻的值为了实现触发电路的控制，通常需要在可控硅的触发极上串联一个电阻。
根据触发电流和触发电压，计算电阻的值。
3.4 绘制电路图根据上述参数计算的结果，绘制单相半波可控整流电路的电路图。
确保电路图的连接正确，各元器件符合实际物理布局。
3.5 进行电路仿真使用电路仿真软件对所设计的电路进行仿真，验证电路的性能和稳定性。
根据仿真结果，对电路进行必要的调整和优化。
四、参数计算4.1 可控硅的额定电流和电压根据设备的需求和规格，确定可控硅的额定电流和电压。
一般情况下，可控硅的额定电流应大于实际电路中的最大电流值，额定电压应大于电路中的最大电压。
4.2 二极管的耐压和额定电流根据可控硅的额定电流和电压，选择合适的二极管。
二极管的耐压应大于电路中的最大电压，额定电流应大于可控硅的额定电流。
4.3 滤波电感和电容的值根据输出电流和电压的要求，计算滤波电感和电容的值。
电感和电容的计算公式为：电感值 L = (Vp - Vo) / (2 * π * f * I) 电容值 C = I / (2 * π * f * ΔV)其中，Vp为峰值输入电压，Vo为输出电压，f为频率，I为输出电流，ΔV为纹波电压。
单相半波可控整流
答案
答案
1 8 0 8 9 9 1 1 . 5 9 r a d
α=89°
SU I 4 8 4 0 V A 2
PU I s i n 2 P F 0 . 4 9 9 SU I 2 4 2
UU ( 2 ~ 3 ) ( 2 ~ 3 ) 3 1 1 6 2 2 ~ 9 3 3 V , 选 取 8 0 0 V T n T m
2.2.2 单相桥式全控整流电路
1、阻性负载
（α 的移相范围是0°～180°）
动画
u U s in t2 U s in t 2 2 m 2
图2.2.6 单相全控桥式整流电路 带电阻性负载的电路与工作波形
工作原理分析：
当交流电压 u2进入正半周时 ，a端电位高于b端电位 ，两个晶闸管 T1T2同时承受正向电压 ，如果此时门极无触发信号ug ，则两个晶闸管仍处 于正相阻断状态，其等效电阻远远大于负载电阻 Rd，电源电压u2将全部加 在T 1 和T 2 上 。 在ω t＝α 时刻 ，给T1和T2同时加触发脉冲 ，则两个晶闸管立即触发 导通 。 在ω t＝π ＋α 时，同时给T1和T2加触发脉冲使其导通 。 当由负半周电压过零变正时，T3和T4因电流过零而关断。在此期间T1 和T2因承受反压而截止。 由以上电路工作原理可知，在交流电源的正、负半周里， T1、T2和T3、 T4两组晶闸管轮流触发导通，将交流电源变成脉动的直流电。改变触发脉 冲出现的时刻，即改变α 的大小，、的波形和平均值随之改变。
感性负载上的输出电压平均值Ud为
1 1 U U U u d ( t ) u d ( t ) d dR dL R L 2 2
单相半波可控整流电路(阻感性负载加续流二极管)
03 续流二极管
续流二极管的作用
防止反向电流
在晶闸管关断期间，如果没有续流二极管，阻感性负载中的电流会反向流动， 可能导致设备损坏。续流二分反向电压，从而降低加在晶闸管上的反向电压，保护 晶闸管不受过电压的损坏。
续流二极管的选择与使用
测试设备
万用表、示波器、电源等。
测试结果分析
观察整流电路的输出电压和电流波形，分析其性能指标，并与理论 值进行比较。
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耐压要求
选择续流二极管时，应考虑其反向击 穿电压是否满足电路需求。
电流容量
根据阻感性负载的电流大小选择合适 的电流容量的续流二极管，以确保其 能够承受较大的电流。
开关频率
在高频开关状态下使用的二极管应具 有良好的开关性能和较小的反向恢复 时间。
安装方式
续流二极管应安装在散热良好的地方， 并确保其连接牢固可靠。
详细描述
在整流器导通期间，输入电压施加到阻感负载上，产生正向的电压波形。当整流 器截止时，续流二极管导通，将负载电流继续传递，此时电压波形为零。
电流波形分析
总结词
在单相半波可控整流电路中，电流波形在整流器导通期间呈 现矩形波形状，而在整流器截止期间呈现零电流。
详细描述
在整流器导通期间，电流从输入电源流向阻感负载，形成矩 形波形状。当整流器截止时，续流二极管导通，负载电流通 过二极管继续流动，此时电流波形为零。
乎没有无功损耗。
感性负载
02
主要特点是电流滞后于电压，功率因素较低，会产生较大的无
功损耗。
阻感性负载
03
同时具有电阻性和感性负载的特点，电流和电压之间有一定的
相位差，功率因素较低。
单相及三相半波可控与桥式全控整流电路原理
单相半波可控整流电路电阻性负载在生产实际中，有一些负载基本上是属于电阻性的，如电炉、电解、电镀、电焊及白炽灯等。
电阻性负载的特点是：负载两端的电压和流过负载的电流成一定的比例关系，且两者的波形相似；负载电压和电流均允许突变。
图8.8（a）即为单相半波可控整流电路带电阻性负载时的电路，它由晶闸管VT、负载电阻和变压器T主要来变换电压，其次它还有隔离一、二次侧的作用。
我们用、分别表示一次侧和二次侧电压的瞬时值；为一次侧电压有效值，为二次侧电压有效值，的大小是由负载所需的直流输出平均电压值来决定；、分别表示整流后的输出电压、电流的瞬时值；、分别为晶闸管两端电压和流过晶闸管电流的瞬时值；、分别为流过变压器一次侧绕组和二次侧绕组电流的瞬时值。
图8.8 单相半波可控整流带电阻性负载（a）电路图（b）波形图在单相可控整流电路中，从晶闸管开始承受正向电压，到其加上触发脉冲的这一段时间所对应的电角度()称为控制角（也叫移相角），用表示；晶闸管在一个周期内导通的电角度（）称为导通角，用表示，且在此电路中有的关系。
直流输出电压的平均值为（8.11）可见它是角的函数，通过改变角的大小就可以起到调节的目的。
当时，波形为一完整的正弦半波波形，此时输出电压为最大，用表示，。
随着的增大，将减小，至时，。
所以该电路角的移相范围。
直流输出电流的平均值为（8.12）而负载上得到的直流输出电压有效值和电流有效值分别为（8.13）（8.14）又因为在单相可控整流半波电路中，晶闸管与负载电阻以及变压器二次侧绕组是串联的，故流过负载的电流平均值即是流过晶闸管的电流平均值；流过负载的电流有效值也是流过晶闸管电流的有效值，同时也是流过变压器二次侧绕组电流的有效值，即存在如下关系（8.15）（8.16）流过晶闸管的电流的波形系数为（8.17）当时，即为单相半波波形，，与晶闸管额定电流定义的情况一致。
根据图8.8(b)中的波形可知，晶闸管可能承受的正反向峰值电压均为（8.18）另外，对于整流电路而言，通常还要考虑其功率因数和对电源的容量S的要求。