Scopri tutto sulla potenza elettrica in corrente alternata, i concetti fondamentali, le formule per calcolarla e come utilizzarla in diversi circuiti elettrici.
Nell'articolo dedicato alla corrente alternata abbiamo visto che alla corrente elettrica si da il nome di corrente alternata quando il flusso di elettroni inverte la sua direzione continuativamente nel tempo. La sigla con cui si indica la corrente alternata è CA o dall'inglese AC. La sua frequenza f viene misurata in hertz (Hz). In Europa è di 50 Hz mentre in altre nazioni del mondo, ad esempio nel Nord America, si ha una frequenza di 60 Hz.
In un circuito a corrente alternata a causa della continua variazione, da un istante all'altro, della tensione e della corrente anche la potenza varia e il suo valore istantaneo (per ciascun istante t di tempo) è espresso dal prodotto
p(t) = v(t) x i(t)
p(t) è la potenza elettrica istantanea.
In un circuito resistivo, in corrente alternata, la tensione e la corrente sono in fase tra loro e facendo il prodotto, istante per istante, della tensione e della corrente si può conoscere il valore della potenza relativa in quell'istante.
Ripetendo la stessa operazione per diversi istanti si possono trovare i valori della potenza durante il periodo.
Poichè nel circuito resistivo la potenza può essere usata per produrre lavoro viene chiamata potenza attiva, si indica con il simbolo P come anche per la corrente continua e si misura è il watt
In un circuito capacitivo e in un circuito induttivo, in corrente alternata, in cui tra tensione e corrente è presente uno sfasamento di 90°, il prodotto della tensione e della corrente non determina la potenza che viene utilizzata questo perchè a causa dello sfasamento la potenza utilizzata diventa nulla.
In questi tipi di circuito la potenza non essendo utile per produrre lavoro viene chiamata potenza reattiva, si indica con il simbolo Q e si misura in voltampere reattivi VAR
Per calcolare la potenza reattiva Q si usa la formula:
Q = V x I x senφ
dove φ indica l'angolo di sfasamento tra tensione e corrente.
In un circuito ohmico-induttivo in cui la tensione e la corrente sono sfasate tra di loro di un certo angolo φ facendo il prodotto tra tensione V e corrente I si ottiene una potenza apparente questo perchè solo in apparenza rappresenta quella utilizzata dal circuito che invece ne utilizza solo una parte di essa.
La potenza apparente si indica con il simbolo S e si misura in voltampere VA ed è data dal prodotto del valore efficace della tensione per il valore efficace della corrente.:
S = V x I
Per chiarire meglio il concetto esaminiamo la Fig. 1 dove vediamo la rappresentazione dei vettori V e I, tensione e corrente, sfasata tra loro di un certo angolo φ
Per stabilire quale sia la potenza attiva P assorbita dal circuito scomponiamo il vettore I nei due vettori componenti, IA e IQ
Il primo vettore IA è in fase con la tensione V, il secondo IQ è sfasata di 90° rispetto alla tensione.
Le due correnti, IA e IQ, sono a sua volta sfasate di 90°. La corrente IQ non compie alcun lavoro utile ma determina solo uno scambio alterno di energia tra il generatore e il circuito invece è la corrente IA che compie il lavoro prodotto dall'intera corrente I.
Quindi dal prodotto dei valori efficaci della tensione V e della corrente I si ottiene una potenza che è solo apparente.
Portando graficamente i vettori delle tre potenze (attiva, reattiva e apparente) la disposizione di tali vettori formerà un triangolo rettangolo in cui i due cateti rappresentano uno la potenza attiva e l'altro la potenza reattiva e l'ipotenusa rappresenta la potenza apparente.
Applicando le regole del calcolo trigonometrico si ha:
P = S x cosφ
Q = S x senφ
S = √P² + Q²
Come già detto φ indica l'angolo di sfasamento tra tensione e corrente e se varia, mentre la potenza apparente S rimane costante, variano anche la potenza attiva P e la potenza reattiva Q
La potenza attiva è data dal prodotto della potenza apparente per cosφ
P = S x cosφ
cosφ è chiamato fattore di potenza e d è espresso dalla relazione:
cosφ = P / S
cosφ = Potenza attiva / Potenza apparente
