电压和电流相位之间超前和滞后是负载的固有性质造成的,当负载含有电感、电容等储能元件时,由于储能元件不消耗有功功率,而是进行能量的吸收与回馈,造成电压与电流的相位差。
电感是储存磁场能量,能量与电流成正比,当电压加在电感上,电感会产生自感电势阻碍电流的变化,本质就是电能转换成磁能的过程,电流只能逐步增加,所以电流滞后电压。

电容是储存电场能量,电压与电容储存的电荷成正比,所以电压不会突变,只能随着电荷积累的过程逐步上升,即电压滞后电流。
这些特性是电感、电容固有的物理属性,客观世界就是这样。因此:
在交流电路中电压和电流的相位有三种情况,当负载是纯电阻性质时,电压和电流相位相同;当负载是(或含有)电感性质时,电压相位超前电流;当负载是(或含有)容性负载时,电压相位滞后电流,或者说,电流相位超前电压,如:平常用的异步电机,就是感性负载,用来补偿电网功率因数的补偿电容就是容性负载。
储能元件本身不消耗能量,但是引起的电流会在线路电阻上消耗能量,也会占用发电机的输出功率,所以要尽量克服,这就是必须提高系统功率因数的原因,功率因数是表示电力系统有功功率占比的参数。

电容充电电路中为什么充电电流相位滞后电压相
纯电容交流电路中,电压滞后电流900相位。在纯电感电路中,把电压加在电感两端,电感的自感电动势会阻碍电流的增大,电感上的电流会从零逐渐增大,需要一个过程,而电感上的电压在一开始就建立起来,随着电流的增大,电流的变化率减小,感应电动势减小,电感两端的电压降低。当电流达到最大值时,电流不再变化,感应电动势为零,电感就成了一条短路线,电感上的电压就变为零,正好是1/4周期。可见电流要比电压滞后周期到达最大值,也就是说电压超前电流90度。
上图是电容器充电时的瞬态电路,根据欧姆定律:
ic = (E - uc) / R

当 uc = 0 时,ic = E/R ,是最大值,可见电容器上的电压与电流是不同步的。
所以,在交流稳态电路中,电容器的电压相位滞后电流相位 90°。
本题中电容电压就是电源电压,当电压最大值时电流是最小值,就像上图中:
uc = E 时,ic = 0 。


