Előrelépő vs húzós teljesítményfaktor | A fáziseltérés magyarázva

A vezető és követő teljesítményfaktor két kulcsfontosságú fogalom az AC villamos rendszerekben a teljesítményfaktorral kapcsolatban. A fő különbség a fázisviszonyban rejlik a feszültség és az áram között: a vezető teljesítményfaktor esetén az áram vezeti a feszültséget, míg a követő teljesítményfaktor esetén az áram lassabban változik, mint a feszültség. Ez a viselkedés a körben lévő terheléstől függ.

Mi a teljesítményfaktor?

A teljesítményfaktor egy fontos, dimenziótlan paraméter az AC villamos rendszerekben, alkalmazható mind egyfázisú, mind háromfázisú körökben. A valós (vagy tényleges) teljesítmény és a látszólagos teljesítmény arányaként van definiálva.

DC körökben a teljesítmény meghatározható közvetlenül a feszültség és az áram értékek szorzásával. Azonban az AC körökben ez a szorzat csak a látszólagos teljesítményt adja, nem pedig a ténylegesen felhasznált teljesítményt. Ez azért van, mert a teljes ellátott teljesítmény (a látszólagos teljesítmény) nem teljes egészében hasznosítódik; a hasznos munkát végző rész a valós teljesítmény.

Egyszerűen megfogalmazva, a teljesítményfaktor a feszültség (V) és az áram (I) közötti fázisszög koszinusza. Lineáris terhelések esetén az AC körökben a teljesítményfaktor -1 és 1 között mozog. Egy 1-hez közeli érték hatékonyabb és stabilabb rendszert jelent.

A vezető teljesítményfaktor definíciója

A vezető teljesítményfaktor akkor jelenik meg, ha a körben kapacitív terhelés található. Tiszta kapacitív vagy ellenállás-kapacitív (RC) terhelések esetén az áram vezeti a tápellátó feszültséget, így vezető teljesítményfaktort eredményez.

Mivel a teljesítményfaktor a valós teljesítmény és a látszólagos teljesítmény arányaként, és szinuszoidális hullámformák esetén a feszültség és az áram közötti fázisszög koszinuszként van definiálva, a vezető áram pozitív fázisszöget hoz létre, amely vezető teljesítményfaktort eredményez.

A fenti ábrán látható, hogy az áram $I$ korábban metszi a nullát, mint a feszültség $V$. Ez a feltétel vezető teljesítményfaktort jelent. A lentebb bemutatott ábra a vezető teljesítményfaktorhoz tartozó teljesítményháromszöget mutatja be.

A követő teljesítményfaktor definíciója

Az AC körökben a követő teljesítményfaktor akkor jelenik meg, ha a terhelés induktív természetű. Ez azért van, mert tiszta induktív vagy ellenállás-induktív terhelések esetén a feszültség és az áram között fáziskülönbség létezik, amelynek során az áram lassabban változik, mint a feszültség. Ennek eredményeként ilyen körök teljesítményfaktora követőnek nevezhető.

Fontoljuk meg a tápellátó feszültség és a tiszta induktív terhelésen áthaladó áram hullámformáit:

Itt az áram később metszi a nullát, mint a feszültség, ami követő teljesítményfaktort eredményez. A követő teljesítményfaktorhoz tartozó teljesítményháromszög a következő ábrán látható:

Következtetés

A fenti beszélgetésből levezethető, hogy ideális esetben a feszültség és az áram fázisonként egybeesnek, ami 0°-os fázisszöget jelent közöttük. A gyakorlatban azonban fáziskülönbség létezik, és ezt a kör teljesítményfaktora reprezentálja.