POTENZA IN CORRENTE CONTINUA

In corrente continua la potenza si esprime in watt come prodotto tensione per corrente:
P = V x I

POTENZA IN CORRENTE ALTERNATA

Introduzione

La potenza in alternata è una grandezza che varia nel tempo con una frequenza doppia della tensione, oscillando tra un valore massimo positivo ed un minimo negativo, dipendenti dal tipo di carico. Ci si pone il problema di come valutare l'ampiezza dell'oscillazione, di come tener conto del valore medio che va dal generatore al carico, e di come valutare la potenza scambiata, alla frequenza doppia della tensione, tra generatore e carico. Perché, se assumiamo come positiva la potenza trasmessa dal generatore al carico, una potenza negativa significa che è il carico che la trasmette al generatore.
Alle tre domande si risponde con le "tre potenze" della corrente alternata, o meglio, visto che la potenza è unica con un determinato andamento nel tempo, ai tre parametri globali che ne caratterizzano l'andamento. La potenza apparente S=Veff*Ieff, dove Veff ed Ieff sono i valori efficace di tensione e corrente, è legata all'escursione dell'oscillazione: precisamente la distanza che separa un massimo positivi da uno negativo è due volte S. La potenza media che il generatore trasmette al carico, indicata con P e chiamata potenza attiva, è una frazione di S che dipende dall'angolo di sfasamento tra la tensione e la corrente, il cosfì o fattore di potenza: P=S*cosfì. Infine il picco della potenza che generatore e carico si scambiano è, a sua volta una porzione di S. E' la potenza reattiva Q, legata alle due precedenti dalla relazione che lega il cateto di un triangolo rettangolo all'ipotenusa che rappresenta S ed all'altro cateto che rappresenta P: S2-P2=Q2.Ad analizzare il comportamento di linee e macchine, a progettarle, a sceglierle, per ottenere ciò che si desidera. La potenza apparente "serve" a dimensionare la macchina, a scegliere il generatore necessario per alimentare un determinato impianto. La potenza reattiva "serve" a capire con che carico si ha a che fare e non si può "eliminare" poichè quel dato carico per funzionare ha bisogno di quella potenza reattiva e quindi bisogna fornirla. Ciò che si può fare è però evitare che l'intera potenza reattiva sia scambiata tra generatore e carico. E' infatti possibile fornire al carico parte della potenza reattiva di cui ha bisogno, localmente, evitando il suo transito in linea: è il cosiddetto rifasamento. Il carico continuerà a ricevere la sua potenza reattiva ma la linea, quindi anche il generatore che l'alimenta, sarà sgravata in parte del suo compito. Addirittura la potenza reattiva transitante in linea potrebbe essere annullata con un rifasamento completo. Il carico continuerà però a ricevere la potenza reattiva di cui abbisogna per il suo corretto funzionamento, scambiandola con il dispositivo allacciato al suo ingresso: ad esempio una batteria di condensatori, visto che i carichi industriali sono induttivi, cioè di matura magnetica.La potenza in corrente alternata si esprime in tre modi:

I tre valori sono tra loro legati dal fattore di potenza (cos(φ)), che è il coseno dell'angolo di sfasamento tra corrente (I) e tensione (V).


POTENZA ATTIVA

La potenza attiva P è quella effettivamente assorbita e che viene trasformata in calore per effetto Joule o in lavoro utile nelle macchine elettriche. Si misura in watt e viene calcolata con la formula:

P = V x I x cosØ
dove Ø è lo sfasamento tra tensione e corrente.
In un circuito puramente ohmico (Ø=0; cosØ=1): P=VxI
In un circuito con sfasamento Ø=90° (cosØ=0): P=0

POTENZA REATTIVA

La potenza reattiva Q riguarda l'energia che viene alternativamente assorbita e restituita dal campo magnetico (circuiti induttivi) o dal campo elettrico (circuiti capacitivi). Si misura in var (voltampere reattivi) e viene calcolata con la formula:

Q = V x I x senØ

dove Ø è lo sfasamento tra tensione e corrente.
In un circuito puramente ohmico (Ø=0; senØ=0): Q=0
In un circuito con sfasamento Ø=90° (senØ=1): Q=VxI

POTENZA APPARENTE

La potenza apparente non ha alcun significato particolare, ma è utile poichè è legata al valore della corrente effettivamente in gioco nel circuito in esame. Non viene influenzata dall'angolo di sfasamento tra tensione e corrente. Si misura in voltampere (VA) e viene calcolata con la formula:

S = V x I


GRANDEZZA UNITA' DI MISURA
potenza attiva P watt W
potenza reattiva Q voltampere reattivi VAR
potenza apparente S voltampere VA


FATTORE DI POTENZA

In corrente alternata il valore del cosØ prende il nome di fattore di potenza. Per cui si ha il massimo fattore di potenza, pari a 1, quando tensione e corrente sono in fase (Ø=0).

Rappresentazione vettoriale

Immaginiamo di tracciare in un diagramma polare i vettori di corrente e tensione. La tensione è rappresentata da un vettore che dall'origine si dirige orizzontalmente verso destra. Poiché la tensione è presa come riferimento per lo sfasamento non ha componente immaginaria. La corrente invece viene scomposta nella componente reale, che si sovrappone per direzione e verso alla tensione, e nella parte immaginaria, che appare ruotata di 90° (parte superiore del grafico) per le componenti induttive e -90° (parte inferiore del grafico) per le componenti capacitive. La potenza attiva è il prodotto vettoriale di tensione e parte reale della corrente, per cui giace sovrapposta al vettore della tensione (P nel grafico). Il prodotto vettoriale tra tensione e parte immaginaria della corrente origina il vettore Q nel grafico, il cui verso dipende dalla natura dello sfasamento. Se in un circuito è presente sia una parte induttiva si una capacitiva si può facilmente intuire come la potenza reattiva si compensi, in quanto somma vettoriale di due vettori con uguale direzione ma verso opposto.

Dal grafico deriva che il legame tra le tre potenze può essere rappresentato anche graficamente tramite un triangolo rettangolo avente per ipotenusa il vettore della potenza apparente S e come cateti i vettori della potenza attiva P e della potenza reattiva Q. Ovviamente l'angolo tra i cateti sarà un angolo di 90 gradi mentre l'angolo compreso tra P ed S sarà l'angolo φ, cioè l'angolo di sfasamento tra tensione e corrente.

Energia elettrica e potenza elettrica

È frequente tra in non addetti ai lavori confondere la potenza elettrica con l'energia elettrica, ovvero tra watt e wattora. Questo dipende soprattutto dal fatto che in elettrotecnica l'energia è generalmente espressa in chilowattora (kWh) invece che in Joule, come sarebbe più corretto fare (1 kWh = 3'600'000 Joule). La potenza invece è misurata (correttamente) in watt (1 kilowatt = 1000 watt). Un ulteriore confusione è data dall'uso della lettera W per indicare sia l'energia in fisica che l'unità di misura della potenza, il watt.

Le due grandezze sono in relazione attraverso il tempo: L'energia è il prodotto della potenza per il tempo. Un carico che assorba una potenza di 1 kW per 1 ora avrà assorbito una energia di 1 kWh. Lo stesso carico da 1kW acceso per 3 ore consumerà 3kWh. Un carico da 1kW in 15 minuti consumerà 0,25 kWh (o 250 Wh), mentre un carico da 25W, dopo 20 ore di accensione avrà consumato 0,5 kWh.