Передовий та запізнювальний коефіцієнт ефективності | Пояснення різниці фаз

Передній та запізнювальний коефіцієнти ефективності – це два ключові поняття, пов'язані з коефіцієнтом ефективності в альтернативних електричних системах. Основна різниця полягає у фазовому співвідношенні між струмом і напругою: при передньому коефіцієнті ефективності струм опережує напругу, тоді як при запізнювальному коефіцієнті ефективності струм запізнює за напругою. Це поведінка залежить від характеру навантаження в колі.

Що таке коефіцієнт ефективності?

Коефіцієнт ефективності – це важливий безрозмірний параметр в альтернативних електричних системах, що застосовується как до однофазних, так і до трифазних кіл. Він визначається як співвідношення справжньої (або реальної) потужності до видимої потужності.

У постійних електричних кіл потужність можна визначити прямо, помноживши значення напруги і струму. Однак, у змінних кілах, цей добуток дає видиму потужність, а не фактичну споживану потужність. Це тому, що загальна надана потужність (видима потужність) не використовується повністю; частина, яка виконує корисну роботу, називається реальною потужністю.

Простими словами, коефіцієнт ефективності – це косинус фазового кута між напругою (V) і струмом (I). Для лінійних навантажень в змінних кілах, коефіцієнт ефективності змінюється від -1 до 1. Значення, ближче до 1, свідчить про більш ефективну та стабільну систему.

Визначення переднього коефіцієнта ефективності

Передній коефіцієнт ефективності виникає, коли в колі присутнє конденсаторне навантаження. У чисто конденсаторних або резистивно-конденсаторних (RC) навантаженнях, струм опережує напругу живлення, що призводить до переднього коефіцієнта ефективності.

Оскільки коефіцієнт ефективності – це співвідношення реальної потужності до видимої потужності – і для синусоїдних форм, косинус фазового кута між напругою і струмом – передній струм створює додатний фазовий кут, що дає передній коефіцієнт ефективності.

Як видно з рисунку вище, струм $I$ перетинає часову вісь на нулі раніше за фазою, ніж напруга $V$. Ця умова відома як передній коефіцієнт ефективності. Рисунок нижче ілюструє трикутник потужностей для переднього коефіцієнта ефективності.

Визначення запізнювального коефіцієнта ефективності

Запізнювальний коефіцієнт ефективності в альтернативному колі виникає, коли навантаження має індуктивний характер. Це тому, що при чисто індуктивному або резистивно-індуктивному навантаженні, існує фазова різниця між напругою і струмом, через яку струм запізнює за напругою. В результаті, коефіцієнт ефективності таких кіл називається запізнювальним.

Розглянемо форми хвиль напруги живлення та струму через чисто індуктивне навантаження:

Тут, струм перетинає точку нуля часової осі пізніше за фазою, ніж напруга, що призводить до запізнювального коефіцієнта ефективності. Трикутник потужностей для запізнювального коефіцієнта ефективності показаний нижче:

Висновок

З вищевказаного обговорення можна зробити висновок, що ідеально, напруга і струм припускаються бути в фазі, що призводить до фазового кута 0° між ними. Однак, на практиці, існує фазова різниця, яка представлена коефіцієнтом ефективності кола.