Wiodący a opóźniony współczynnik mocy | Wyjaśnienie różnicy fazowej

Wiodące i opóźnione współczynniki mocy to dwa kluczowe pojęcia związane z współczynnikiem mocy w systemach elektrycznych prądu przemiennego. Główna różnica polega na relacji fazowej między prądem a napięciem: przy wiodącym współczynniku mocy, prąd wyprzedza napięcie, podczas gdy przy opóźnionym współczynniku mocy, prąd następuje po napięciu. To zachowanie zależy od natury obciążenia w obwodzie.

Co to jest współczynnik mocy?

Współczynnik mocy to kluczowy, bezwymiarowy parametr w systemach elektrycznych prądu przemiennego, stosowany zarówno w obwodach jednofazowych, jak i trójfazowych. Jest definiowany jako stosunek prawdziwej (lub rzeczywistej) mocy do mocy pozornej.

W obwodach prądu stałego moc można określić bezpośrednio przez pomnożenie odczytów napięcia i prądu. Jednak w obwodach prądu przemiennego ten iloczyn daje moc pozorną, a nie faktyczną moc zużywaną. Wynika to z tego, że cała dostarczona moc (moc pozorna) nie jest całkowicie wykorzystywana; część, która wykonuje użyteczną pracę, nazywana jest mocą rzeczywistą.

Prostymi słowami, współczynnik mocy to cosinus kąta fazowego między napięciem (V) a prądem (I). Dla liniowych obciążeń w obwodach prądu przemiennego, współczynnik mocy zakłada wartości od -1 do 1. Wartość bliższa 1 wskazuje na bardziej efektywny i stabilny system.

Definicja wiodącego współczynnika mocy

Wiodący współczynnik mocy występuje, gdy w obwodzie znajduje się obciążenie pojemnościowe. W czysto pojemnościowych lub rezystywno-pojemnościowych (RC) obciążeniach, prąd wyprzedza napięcie zasilające, co prowadzi do wiodącego współczynnika mocy.

Ponieważ współczynnik mocy to stosunek mocy rzeczywistej do mocy pozornej — i dla sinusoidalnych form fal — cosinus kąta fazowego między napięciem a prądem, wiodący prąd tworzy dodatni kąt fazowy, dając wiodący współczynnik mocy.

Jak widać na powyższym rysunku, prąd $I$ przecina oś czasu w punkcie zero wcześniej w fazie niż napięcie $V$. Ta sytuacja jest znana jako wiodący współczynnik mocy. Poniższy rysunek ilustruje trójkąt mocy dla wiodącego współczynnika mocy.

Definicja opóźnionego współczynnika mocy

Opóźniony współczynnik mocy w obwodzie prądu przemiennego występuje, gdy obciążenie ma charakter indukcyjny. Wynika to z faktu, że w obecności czysto indukcyjnego lub rezystywno-indukcyjnego obciążenia, istnieje różnica fazowa między napięciem a prądem, tak że prąd następuje po napięciu. W wyniku tego, współczynnik mocy takich obwodów nazywany jest opóźnionym.

Rozważmy formy falowe napięcia zasilającego i prądu przez czysto indukcyjne obciążenie:

Tutaj, prąd przecina punkt zerowy osi czasu w późniejszej fazie w porównaniu z napięciem, co powoduje opóźniony współczynnik mocy. Trójkąt mocy dla opóźnionego współczynnika mocy przedstawiono poniżej:

Podsumowanie

Z powyższej dyskusji można wysnuć wniosek, że idealnie, napięcie i prąd są założone być w fazie, co daje kąt fazowy 0° między nimi. Jednak w praktyce, istnieje różnica fazowa, a ta jest reprezentowana przez współczynnik mocy obwodu.