先行する力率対遅延する力率 | 相位差の説明

リーディングパワーファクタとラギングパワーファクタは、交流電力システムにおけるパワーファクタに関連する2つの重要な概念です。主な違いは、電流と電圧の位相関係にあります：リーディングパワーファクタでは、電流が電圧を先行し、ラギングパワーファクタでは、電流が電圧に遅れます。この挙動は、回路内の負荷の性質によって決まります。

パワーファクタとは何か

パワーファクタは、単相および三相回路の両方に適用される交流電力システムにおいて重要な次元を持たないパラメータです。これは、実効（または実）電力と視在電力の比として定義されます。

直流回路では、電力は電圧と電流の値を直接掛け合わせて決定できます。しかし、交流回路では、この積は視在電力を表し、実際に消費される電力ではありません。これは、供給される総電力（視在電力）が完全には利用されず、有用な仕事を行う部分が実効電力と呼ばれるためです。

簡単に言えば、パワーファクタは電圧（V）と電流（I）の間の位相差の余弦です。交流回路の線形負荷では、パワーファクタは-1から1の範囲になります。1に近い値は、より効率的で安定したシステムを示します。

リーディングパワーファクタの定義

リーディングパワーファクタは、回路内に容量性負荷がある場合に発生します。純粋な容量性または抵抗容量性（RC）負荷では、電流が供給電圧を先行し、リーディングパワーファクタとなります。

パワーファクタは実効電力と視在電力の比であり、正弦波形の場合には電圧と電流の位相差の余弦であるため、先行する電流は正の位相差を作り出し、リーディングパワーファクタとなります。

上記の図から明らかなように、電流 $I$ は電圧 $V$ よりも位相が先行しています。これがリーディングパワーファクタと呼ばれる条件です。下の図は、リーディングパワーファクタの電力三角形を示しています。

ラギングパワーファクタの定義

交流回路でのラギングパワーファクタは、負荷が感性である場合に発生します。これは、純粋な感性または抵抗感性負荷が存在すると、電圧と電流の間に位相差が生じ、電流が電圧に遅れるためです。その結果、このような回路のパワーファクタはラギングと呼ばれます。

純粋な感性負荷の供給電圧と通過する電流の波形を考えると：

ここで、電流は電圧よりも位相が遅れてゼロ点を通過しており、ラギングパワーファクタとなります。ラギングパワーファクタの電力三角形は以下の通りです：

結論

上述の議論から、理想的には電圧と電流は位相同士であると仮定され、それらの間の位相差は0°となります。しかし、実際には位相差が存在し、これが回路のパワーファクタとして表現されます。