Factor de putere
Această intrare sau secțiune despre subiectul fizicii nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
În electrotehnică, factorul de putere al unui sistem electric de curent alternativ este raportul dintre magnitudinea vectorului de putere activă care alimentează o sarcină electrică și modulul vectorului de putere aparentă care curge în circuit. Într-un sistem cu sarcini liniare, acesta coincide cu cosinusul unghiului de fază între vectorii de tensiune și curent . Este un număr adimensional în intervalul închis între -1 și 1.
Puterea activă este capacitatea unui circuit de a furniza lucrări mecanice în unitatea de timp t și este egală cu produsul scalar dintre vectorii de tensiune ( V ) și curent ( I ).
Puterea aparentă este produsul algebric al tensiunii și curentului care circulă într-un circuit la momentul t, luată ca valoare absolută, în modul, și reprezintă puterea electrică care circulă efectiv. În general, puterea aparentă este mai mare decât puterea activă și puterea activă coincide cu puterea aparentă numai atunci când vectorul de curent electric este de acord cu vectorul de tensiune electrică, ceea ce se întâmplă numai în circuitul ideal care conține doar elemente disipative ideale numite rezistențe.
Acest lucru se întâmplă în circuite electrice reale de lungime mică ( ) în care există doar rezistențe electrice, au făcut aproximările necesare sau cu mici abateri între valorile curente așteptate (teoretice) și măsurate (reale) la diferitele tensiuni aplicate.
În toate cazurile reale, altele decât acestea, vectorul curent care curge în circuit nu este în fază cu vectorul de tensiune care l-a generat datorită prezenței fenomenelor fizice referitoare la capacitate și inductanță .
Trebuie reamintit faptul că tensiunea aplicată circuitului, adică tensiunea, este o mărime alternativă , care poate fi reprezentată ca o mărime sinusoidală generică, oscilând între două valori, maximul pozitiv și negativ, trecând prin zero, cu o constantă frecvență sau repetându-se cu o perioadă, un interval de timp, constant. Acest lucru înseamnă că curenții generați sunt variabili cu aceeași frecvență ca tensiunea (dacă există doar sarcini liniare în circuit), dar datorită efectelor inductive și capacitive, maximele, minimele și zerourile curentului nu sunt contemporane cu cele corespunzătoare valori asumate de vectorul de tensiune în fiecare perioadă: curentul este „defazat” sau defazat în avans sau întârziere la tensiunea care l-a generat.
Cu alte cuvinte, datorită faptului că puterea electrică (și fluxul de energie) sunt stocate în elemente ale circuitului real, cum ar fi inductoarele și condensatoarele electrice, este returnată defazată (târziu sau devreme) în timp cu privire la vectorul de tensiune al generatorului: curenții apar nu în fază cu curenții reactivi definiți de tensiune.
În aproape toate circuitele reale, curentul întârzie tensiunea și puterea aparentă este aproape întotdeauna mai mare decât puterea activă.
Este important să se ia în considerare faptul că în circuitele reale puterea activă, cea care se transformă în putere mecanică utilă, este de fapt mai mică decât puterea aparentă care circulă efectiv, prin urmare disipările circuitului (efect termic datorat fricțiunii fluxului de sarcini prin mediul conductor) proporționale cu rezistența R (exprimată prin prima lege a lui Ohm) sunt proporționale cu puterea aparentă: este util și adecvat să reducem aceste pierderi sau să reducem la minimum componenta curentului care nu este în fază cu tensiunea și acest lucru se face prin adăugarea unei sarcini de corecție a factorului de putere adecvată.
În cele din urmă, cantitatea electrică a factorului de putere este utilizată pentru a dimensiona cele două componente active și reactive în care ne putem imagina descompunerea vectorului de putere aparentă pe un plan cartezian sau în termeni de sinus și cosinus și se pune:
φ indică unghiul de fază, între vectorul de tensiune ( V ) și vectorul curent ( I ).
Prin convenție (în concordanță cu fenomenele fizice de capacitate și inductanță) plasăm tensiunea pe axa x , curentul reactiv capacitiv pe axa y pozitivă și curentul reactiv inductiv pe axa y negativă. Presupunând, prin convenție, direcția de rotație în sens invers acelor de ceasornic a vectorilor de pe axa x, curentul reactiv capacitiv este înaintea tensiunii, de aceea curentul reactiv inductiv este întârziat , cu unghiul de fază φ = ± 90 ° = ± π / 2.
Valoarea negativă a factorului de putere apare atunci când dispozitivul definit ca încărcare sau utilizator generează energie. În acest caz, puterea curge de la circuit la sursă, către generator, iar circuitul în sine este considerat un generator de energie.
Dacă circuitul conține una sau mai multe sarcini neliniare (în general circuite electronice), se observă și o distorsiune a formei de undă curente, adică o variație a frecvenței: la frecvența generată de tensiune, definită ca frecvență fundamentală (de exemplu 50 Hz în Europa) se adaugă curenți cu frecvențe multiple ale fundamentalului numit armonic superior (de exemplu, a treia armonică: 150 Hz, a cincea armonică: 250 Hz, a șaptea armonică: 350 Hz și așa mai departe).
Sarcini liniare
În sarcinile liniare, factorul de putere este cosinusul unghiului de fază φ între curent și tensiune într-un sistem electric de curent alternativ . Sarcinile liniare constau din rezistențe , capacități și inductanțe . Un motor electric sau un balast magnetic tradițional pentru tuburile fluorescente sunt sarcini liniare, un motor cu control electronic al vitezei sau un balast electronic modern pentru tuburile fluorescente sunt sarcini neliniare.
Într-un sistem pur rezistiv (numit și ohmic ) defazarea este zero, deci avem cos φ = 1.
Într-un sistem inductiv real, adică cu o componentă inductivă diferită de zero (de exemplu un motor electric , un balast de lampă fluorescentă ), unghiul de fază este între 0 și -π / 2 (fază întârziată). Într-un sistem cu o componentă capacitivă , defazarea este între 0 și π / 2 (defazarea în avans).
Cos φ în sarcini liniare este egal cu factorul de putere: un cos φ cu valoare unitară înseamnă că puterea aparentă corespunde puterii active și puterea reactivă este zero. Deoarece puterea reactivă este întotdeauna nedorită, o valoare a cos φ este cu atât mai nedorită cu cât se abate mai departe de una.
Deoarece schimbările de fază inductive și capacitive au loc în direcții opuse, prin combinarea adecvată a celor două componente într-un circuit, este posibil ca efectul lor să se anuleze reciproc, aducând cos φ aproape de unul. Când acest obiectiv este atins prin adăugarea, în aproape toate cazurile, a unui condensator de dimensiuni adecvate în paralel cu sarcina, vorbim despre „corectarea factorului de putere” al circuitului.
Pe motoarele electrice și alte sarcini aproape exclusiv inductive utilizate în electrotehnică, valoarea cos φ produsă de mașină este aproape întotdeauna indicată și în orice caz este posibilă detectarea acestei valori printr-un cosfimetru , astfel încât proiectantul să poată calcula valoarea a oricărui condensator care trebuie introdus pentru a efectua așa-numita corecție a factorului de putere.
linkuri externe
- ( EN ) Factor de putere , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controlul autorității | Tezaur BNCF 43741 · LCCN (EN) sh85041886 · GND (DE) 4167276-8 |
|---|
