Voreilung

In einem Wechselstromkreis beschreibt Vorlauf die Phasenbeziehung, bei der der Strom seinen Spitzenwert erreicht, bevor die Spannung das tut. Wenn Sie beide als Sinuskurven darstellen, verschiebt sich die Stromkurve nach links und erreicht Nulldurchgänge und Spitzenwerte vor der Spannungskurve. Dies tritt in kapazitiven Schaltungen auf, wo das Ladeverhalten des Kondensators bewirkt, dass der Strom in Erwartung von Spannungsänderungen ansteigt. Vorlauf wird in Grad gemessen; ein Vorlauf von 90 Grad bedeutet, dass der Strom eine Viertelperiode vor der Spannung seinen Spitzenwert erreicht.

Vorlauf tritt speziell in Schaltungen mit Kapazität auf. Ein Kondensator leitet Strom am leichtesten, wenn sich die Spannung am schnellsten ändert, was an den Nulldurchgangspunkten der Spannungssinuskurve auftritt. Bei dem Spitzenwert der Spannung, wo die Änderungsgeschwindigkeit null ist, fällt der Kondensatorstrom auf null ab. Diese umgekehrte Beziehung erzeugt den führenden Phasenwinkel. In rein ohmschen Schaltungen sind Strom und Spannung in Phase. In induktiven Schaltungen tritt das Gegenteil auf: Der Strom läuft der Spannung hinterher.

Leistungsfaktor und praktische Probleme

Übermäßiger Vorlauf kann den Leistungsfaktor senken, ebenso wie Nacheilauf. Der Leistungsfaktor stellt den Kosinus des Phasenwinkels dar; ein Vorlauf von 30 Grad ergibt einen Leistungsfaktor von 0,866, was bedeutet, dass 13,4 Prozent der Scheinleistung keine nützliche Arbeit verrichten. Energieversorger bestrafen Kunden, deren Anlagen große Vor- oder Nacheilungswinkel erzeugen, da die verschwendete Blindleistung größere Leiter und Transformers erfordert, um sie zu transportieren.

Vorlauf tritt typischerweise in Stromverteilsystemen auf, die stark mit kapazitiven Geräten belastet sind: Kondensatorbänke zur Leistungsfaktorkorrektur, AC-DC-Umrichter und Leuchtstoffleuchten mit bestimmten Vorschaltgerätkonstruktionen. Bei der Korrektur von Nacheilungsleistungsfaktor durch Installation von Kondensatoren müssen Ingenieure sicherstellen, dass sie nicht überkorrigieren und stattdessen Vorlauf einführen. Schutzrelais in Hochspannungssystemen überwachen übermäßigen Vorlauf als Zeichen für Kondensatorausfall oder Fehlabstimmung.

Der Begriff Vorlauf stammt aus der Metapher, dass eine Welle eine andere zeitlich überrundet, als würde der Strom die Spannung durch den Zyklus führen. Dies unterscheidet sich von Nacheilauf, wo der Strom hinter der Spannung zurückbleibt. Sowohl Vorlauf als auch Nacheilauf werden als Phasenwinkel in Grad oder Bogenmaß gemessen, wobei Vorlauf je nach verwendeter Messnorm als negativer Winkel oder explizit als Vorlauf ausgedrückt wird.