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日前，EDN小編的郵箱中收到美版知乎Quora發來的一個有趣的話題：為什么提高功率因數都是用的并聯電容器而沒人用串聯呢？今天我們就對這個話題討論討論。
在討論之前首先來了解一下衡量功率因數的意義。
      眾所周知，我們大部分電氣負載都是感性負載。比如，工廠中的各種電動機，家庭中的各種用電器具——電磁爐、洗衣機、冰箱和空調中的壓縮機等——都有大量的感性負載，這些負載都需要提供電源才能運轉起來。但是電源提供的功率并不能完全被這些感性負載消耗掉，這就牽扯到對電源功率的利用率的問題了，也就是要去衡量功率因數這個指標。
     功率因數的大小與電路的負荷性質有關。功率因數低，說明電路用于交變磁場轉換的無功功率大，從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。所以，供電部門對用電單位的功率因數都是有一定的標準要求的。EDN小編還記得當初在電表廠工作時被派去一家供電局出差，正好就遇到了某個工廠功率因數很低的情況。當時供電局的朋友還問我，這是什么原因呢？…
     有網友指出，提高功率因數的主要方法是要合理使用各種感性負載，最好不要用大功率的電動機去拖動小功率的負載，這樣能夠避免“大馬拉小車”的情況。然后，最簡單的解決方法就是在感性負載兩端并聯合適的電容器。
      下面就回到今天的話題：為什么是并聯電容器而不是串聯呢？
      Quora網友Paschalis Gkaidatzis認為，串聯電容器也是可以的，同樣可以提高功率因數。電壓降不是什么大問題。串聯電容器的標稱壓降范圍在標稱傳輸電壓的 10-20% 之間。真正的問題是保護和隨之而來的成本：在負載發生短路故障的情況下，有可能將整個標稱傳輸電壓施加在這些電容器上而引起它們爆炸。當然，可以通過合適的斷路開關和隔離間隙火花來防止其產生過壓。但這會帶來額外的安裝和運維成本，而并聯電容器卻可以避免這個情況。因此，將電容器并聯連接，可以為自己或客戶節省一筆不小的開支。
      此外，并聯電容器時，安裝是分開的，因此更易于維護。例如，如果需要更改電容器組當中的一部分或添加更多的電容器，并聯的方法只需要將電容器組與網絡的其余部分斷開，而不是將整個設備斷開。
網友Fernandez Osmond對此補充說，唯一的原因是成本及其應用的實用性。 將任何串聯電路連接到電源線后，它會承載總負載電流。因此就需要使用高kVA容量的電容器。如果可以通過連接多個低容量電容器來實現所需的可變電抗，那么從成本和實用性的角度來看，為什么要去用串聯呢？
另一位網友Rishab Anand則表示，連接串聯電容器實際上會通過補償傳輸線電感（串聯補償）來提高用電端的電壓。串聯使用太小的電容值會導致過度補償，從而使負載上可能出現大于源電壓的電壓（費蘭蒂效應）。
此外，串聯電容器會略微提高發電機所看到的功率因數。然而，它不會像并聯電容器那樣在本地補償感性負載的無功功率需求，因此負載的功率因數將保持不變。
因此，串聯和并聯電容器都可以。串聯補償用于改善負載電壓調節，并聯補償用于改善功率因數。
      Subodh Mishra也表示，從數學上講，并聯和串聯電容器都可以提高功率因數（僅當負載為感性時），但在電力系統中，主要目的是保持恒定的負載電壓，而串聯電容器會導致負載兩端的電壓下降。如果并聯電容器，則可以確保負載兩端的電壓恒定，同時可以提高功率因數。
      知乎網友Patrick Zhang也一語中的：串聯會改變負載的工作電壓，使其電壓低于額定電壓。因而無功補償必須將補償電容與負載并聯。
SwordLiberty則對此進行了一番數學推導：
     對于低壓供電系統中無法確定線路中的感性負載的電感量，采用并聯方式為最佳選擇，并且容易采集電感負載的電感量，利用功率因數來自動調節補償電容器的容量大小達到補償的目的。此時，電感負載的端電壓與電容端電壓大小相等，相位相反，互相補償，電阻端電壓等于電源電壓。首先得了解電容補償的原理。在交流供電系統的電路中，電阻、電感、電容元件的電壓、電流的相位特點為：在純電阻電路中，電流與電壓同相位；在純電容電路中電流超前電壓90°；在純電感電路中電流滯后電壓90°。在交流電路中，平均功率P=UIcosΦ，其中cosΦ稱為功率因數，也就是電壓U與電流I之間的余弦。從物理意義上看，功率因數是有功功率UIcosΦ與視在功率UI的比值。常用的計算公式如下：

當功率與電壓為一定值時，并聯電容器補償，功率因數會提高，則需要的電流越小，如果采用串聯電容在電路中，電路無法連接在一起，不能夠補償。如果電路呈現電阻性負載，則無需補償，電流與電壓相位相同。另外，電容器串聯阻抗最小，電流最大：這時Z=R，則I=U/R。串聯諧振時電感（電容）端電壓與電源電壓的比值稱為品質因數Q，也等于感抗（或容抗）和電阻的比值。當Q>>1時，L和C上的電壓遠大于電源電壓（類似于共振），這稱為串聯諧振，這種方式的諧振常用于信號電壓的放大；但在供電電路中串聯諧振應該避免。從供電角度，理想的負載是P與S相等，功率因數cosφ為1。此時的供電設備的利用率為最高。而在實際上是不可能的，只有假設系統中的負荷，全部為電阻性才有這種可能。電路中的大多數用電負荷設備的性質都為電感性，這就造成系統總電流滯后電壓，使得在功率因數三角形中，無功Q邊加大，則功率因數降低，供電設備的效率下降，如下圖所示：

功率三角形是一個直角三角形，用cosφ（即φ角的余弦）來反映用電質量的高低。大量的感性負載使得在電力系統中從發電一直到用電的電力設備沒有得到充分的應用，相當一部分電能，如果沒有采用電容補償，它將經過輸配電系統與用戶設備之間進行往返交換，白白浪費了。低壓供電系統中的電容電流與電感電流相位差為180°，稱作互為反相，可以利用這一互補特性，在配電系統中并聯相應數量的電容器。用超前于電壓的無功容性電流抵消滯后于電壓的無功感性電流，使系統中的有功功率成分增加，cosφ得到提高。