อัตราส่วนกำลังนำกับกำลังตาม | การอธิบายความแตกต่างของเฟส

ตัวประกอบกำลังนำและตัวประกอบกำลังตามเป็นสองแนวคิดหลักที่เกี่ยวข้องกับตัวประกอบกำลังในระบบไฟฟ้าสลับ ความแตกต่างสำคัญอยู่ที่ความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างกระแสไฟฟ้าและความดันไฟฟ้า: ในตัวประกอบกำลังนำ กระแสไฟฟ้านำหน้าความดันไฟฟ้า ในขณะที่ในตัวประกอบกำลังตาม กระแสไฟฟ้าตามหลังความดันไฟฟ้า พฤติกรรมนี้ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของโหลดในวงจร

ตัวประกอบกำลังคืออะไร?

ตัวประกอบกำลังเป็นพารามิเตอร์ไร้มิติที่สำคัญในระบบไฟฟ้าสลับ ใช้ได้ทั้งวงจรเฟสเดียวและวงจรสามเฟส มันถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนระหว่างกำลังจริง (หรือกำลังจริง) กับกำลังประจุ

ในวงจรกระแสตรง กำลังสามารถคำนวณได้โดยตรงจากการคูณความดันและกระแส แต่ในวงจรไฟฟ้าสลับ การคูณนี้จะให้กำลังประจุ ไม่ใช่กำลังที่ใช้งานจริง เนื่องจากกำลังที่จ่ายมาทั้งหมด (กำลังประจุ) ไม่ได้ถูกใช้ทั้งหมด ส่วนที่ทำงานที่มีประโยชน์เรียกว่ากำลังจริง

เพื่อให้เข้าใจง่าย ตัวประกอบกำลังคือโคไซน์ของมุมเฟสระหว่างความดันไฟฟ้า (V) และกระแสไฟฟ้า (I) สำหรับโหลดเชิงเส้นในวงจรไฟฟ้าสลับ ตัวประกอบกำลังมีค่าตั้งแต่ -1 ถึง 1 ค่าที่ใกล้เคียงกับ 1 บ่งบอกถึงระบบที่มีประสิทธิภาพและมั่นคงมากขึ้น

การกำหนดตัวประกอบกำลังนำ

ตัวประกอบกำลังนำเกิดขึ้นเมื่อมีโหลดแบบคาปาซิทีฟอยู่ในวงจร ในโหลดแคปาซิทีฟหรือโหลดรีซิสทีฟ-แคปาซิทีฟ (RC) กระแสไฟฟ้านำหน้าแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย ทำให้เกิดตัวประกอบกำลังนำ

เนื่องจากตัวประกอบกำลังคืออัตราส่วนระหว่างกำลังจริงกับกำลังประจุ และสำหรับคลื่นรูปแบบไซนัส คือโคไซน์ของมุมเฟสระหว่างความดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า กระแสที่นำหน้าสร้างมุมเฟสบวก ทำให้เกิดตัวประกอบกำลังนำ

จากภาพด้านบน จะเห็นว่ากระแส $I$ ข้ามแกนเวลาที่ศูนย์เร็วกว่าความดัน $V$ สถานะนี้เรียกว่าตัวประกอบกำลังนำ ภาพด้านล่างแสดงสามเหลี่ยมกำลังสำหรับตัวประกอบกำลังนำ

การกำหนดตัวประกอบกำลังตาม

ตัวประกอบกำลังตามในวงจรไฟฟ้าสลับเกิดขึ้นเมื่อมีโหลดแบบอินดักทีฟ เนื่องจากในโหลดอินดักทีฟหรือโหลดรีซิสทีฟ-อินดักทีฟ มีความแตกต่างของเฟสระหว่างความดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า ทำให้กระแสไฟฟ้าตามหลังความดันไฟฟ้า ผลลัพธ์คือตัวประกอบกำลังของวงจรนั้นถูกกล่าวว่าเป็นตัวประกอบกำลังตาม

พิจารณาคลื่นรูปแบบของความดันไฟฟ้าที่จ่ายและกระแสผ่านโหลดอินดักทีฟบริสุทธิ์:

ที่นี่ กระแสข้ามจุดศูนย์ของแกนเวลาที่เฟสที่ช้ากว่าความดัน ทำให้เกิดตัวประกอบกำลังตาม สามเหลี่ยมกำลังสำหรับตัวประกอบกำลังตามแสดงด้านล่าง:

สรุป

จากข้อหารือด้านบน สามารถสรุปได้ว่าในทางทฤษฎี ความดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าถูกสมมติว่าอยู่ในเฟสเดียวกัน ทำให้มีมุมเฟสระหว่างพวกมันเท่ากับ 0° แต่ในทางปฏิบัติ มีความแตกต่างของเฟส และนี่คือตัวแทนของตัวประกอบกำลังของวงจร