Hệ số công suất dẫn trước so với hệ số công suất chậm trễ | Giải thích về sai khác pha

Hệ số công suất dẫn và hệ số công suất chậm là hai khái niệm chính liên quan đến hệ số công suất trong các hệ thống điện xoay chiều. Sự khác biệt chính nằm ở mối quan hệ pha giữa dòng điện và điện áp: trong hệ số công suất dẫn, dòng điện dẫn trước điện áp, trong khi đó, trong hệ số công suất chậm, dòng điện chậm hơn so với điện áp. Hành vi này phụ thuộc vào bản chất của tải trong mạch.

Hệ số công suất là gì?

Hệ số công suất là một tham số vô hướng quan trọng trong các hệ thống điện xoay chiều, áp dụng cho cả mạch một pha và ba pha. Nó được định nghĩa là tỷ lệ giữa công suất thực (hoặc công suất thực sự) và công suất biểu kiến.

Trong các mạch DC, công suất có thể được xác định trực tiếp bằng cách nhân giá trị điện áp và dòng điện. Tuy nhiên, trong các mạch AC, sản phẩm này cho ra công suất biểu kiến, không phải công suất thực tế tiêu thụ. Điều này là do tổng công suất cung cấp (công suất biểu kiến) không được sử dụng hoàn toàn; phần thực hiện công việc hữu ích được gọi là công suất thực.

Nói đơn giản, hệ số công suất là cosin của góc pha giữa điện áp (V) và dòng điện (I). Đối với các tải tuyến tính trong mạch AC, hệ số công suất dao động từ -1 đến 1. Giá trị gần 1 hơn cho thấy hệ thống hiệu quả và ổn định hơn.

Định nghĩa Hệ số công suất dẫn

Hệ số công suất dẫn xảy ra khi có tải dung trong mạch. Trong các tải dung thuần hoặc tải trở-dung (RC), dòng điện dẫn trước điện áp nguồn, tạo ra hệ số công suất dẫn.

Vì hệ số công suất là tỷ lệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến—và đối với các dạng sóng sin, là cosin của góc pha giữa điện áp và dòng điện—dòng điện dẫn trước tạo ra góc pha dương, cho hệ số công suất dẫn.

Như có thể thấy từ hình trên, dòng điện $I$ cắt trục thời gian tại điểm zero sớm hơn so với điện áp $V$. Điều kiện này được gọi là hệ số công suất dẫn. Hình dưới đây minh họa tam giác công suất cho hệ số công suất dẫn.

Định nghĩa Hệ số công suất chậm

Hệ số công suất chậm trong mạch AC xảy ra khi tải có bản chất cảm. Điều này là vì, trong trường hợp tải cảm thuần hoặc tải trở-cảm, tồn tại sự chênh lệch pha giữa điện áp và dòng điện sao cho dòng điện chậm hơn so với điện áp. Do đó, hệ số công suất của các mạch như vậy được coi là chậm.

Xem xét dạng sóng của điện áp nguồn và dòng điện qua tải cảm thuần:

Ở đây, dòng điện cắt điểm zero của trục thời gian ở pha muộn hơn so với điện áp, tạo ra hệ số công suất chậm. Tam giác công suất cho hệ số công suất chậm được hiển thị dưới đây:

Kết luận

Từ cuộc thảo luận trên, có thể kết luận rằng lý tưởng nhất, điện áp và dòng điện được giả định là cùng pha, tạo ra góc pha 0° giữa chúng. Tuy nhiên, trong thực tế, tồn tại sự chênh lệch pha, và điều này được thể hiện thông qua hệ số công suất của mạch.