Потребляемый vs отстающий коэффициент мощности | Объяснение фазового сдвига

Ведущий и отстающий коэффициенты мощности — это два ключевых понятия, связанных с коэффициентом мощности в сетях переменного тока. Основное различие заключается в фазовом соотношении между током и напряжением: при ведущем коэффициенте мощности ток опережает напряжение, тогда как при отстающем коэффициенте мощности ток отстает от напряжения. Это поведение зависит от характера нагрузки в цепи.

Что такое коэффициент мощности?

Коэффициент мощности — это важный безразмерный параметр в сетях переменного тока, применимый как к однофазным, так и к трехфазным цепям. Он определяется как отношение активной (или реальной) мощности к полной мощности.

В цепях постоянного тока мощность можно определить, умножив показания напряжения и тока. Однако в цепях переменного тока этот продукт дает полную мощность, а не фактическую потребляемую мощность. Это связано с тем, что общая подаваемая мощность (полная мощность) не используется полностью; часть, выполняющая полезную работу, называется активной мощностью.

Проще говоря, коэффициент мощности — это косинус фазового угла между напряжением (V) и током (I). Для линейных нагрузок в цепях переменного тока коэффициент мощности изменяется от -1 до 1. Значение, близкое к 1, указывает на более эффективную и стабильную систему.

Определение ведущего коэффициента мощности

Ведущий коэффициент мощности возникает, когда в цепи присутствует емкостная нагрузка. В чисто емкостных или резистивно-емкостных (RC) нагрузках ток опережает напряжение питания, что приводит к ведущему коэффициенту мощности.

Поскольку коэффициент мощности — это отношение активной мощности к полной мощности, а для синусоидальных форм волн — косинус фазового угла между напряжением и током, то ведущий ток создает положительный фазовый угол, что приводит к ведущему коэффициенту мощности.

Как видно из приведенного выше рисунка, ток $I$ пересекает ось времени в нулевой точке раньше по фазе, чем напряжение $V$. Это состояние известно как ведущий коэффициент мощности. На рисунке ниже показан треугольник мощности для ведущего коэффициента мощности.

Определение отстающего коэффициента мощности

Отстающий коэффициент мощности в цепи переменного тока возникает, когда нагрузка индуктивна по своей природе. Это связано с тем, что при наличии чисто индуктивной или резистивно-индуктивной нагрузки существует фазовая разница между напряжением и током, при которой ток отстает от напряжения. В результате коэффициент мощности таких цепей называется отстающим.

Рассмотрим формы волн напряжения питания и тока через чисто индуктивную нагрузку:

Здесь ток пересекает нулевую точку оси времени позже по фазе, чем напряжение, что приводит к отстающему коэффициенту мощности. Треугольник мощности для отстающего коэффициента мощности показан ниже:

Заключение

Из вышесказанного можно сделать вывод, что идеально предполагается, что напряжение и ток находятся в фазе, что приводит к фазовому углу 0° между ними. Однако на практике существует фазовая разница, которая представляется коэффициентом мощности цепи.