Triangoli di tensioni, resistenze e potenze

Chiunque abbia un'idea dei diagrammi vettoriali noterà facilmente che su di essi si può distinguere molto chiaramente un triangolo di tensione ad angolo retto, ogni lato del quale riflette: la tensione totale del circuito, la tensione della resistenza attiva e la tensione sulla reattanza.

In accordo con il teorema di Pitagora, la relazione tra queste tensioni (tra la tensione totale del circuito e la tensione delle sue sezioni) sarà simile a questa:

Se il passaggio successivo consiste nel dividere i valori di queste tensioni per la corrente (la corrente scorre equamente attraverso tutte le sezioni del circuito in serie), quindi per Legge di Ohm otteniamo i valori di resistenza, cioè ora possiamo parlare di un triangolo rettangolo di resistenze:

In modo analogo (come nel caso delle tensioni), utilizzando il teorema di Pitagora, è possibile stabilire una relazione tra l'impedenza del circuito e le reattanze. La relazione sarà espressa dalla seguente formula:

Poi moltiplichiamo i valori di resistenza per la corrente, infatti aumenteremo ogni lato del triangolo rettangolo di un certo numero di volte. Di conseguenza, otteniamo un triangolo rettangolo con capacità:

La potenza attiva rilasciata alla resistenza attiva del circuito associata alla conversione irreversibile dell'energia elettrica (in calore, nell'esecuzione dei lavori nell'impianto) sarà chiaramente correlata alla potenza reattiva coinvolta nella conversione reversibile dell'energia (la creazione di campi magnetici ed elettrici in bobine e condensatori) e con piena potenza fornita all'impianto elettrico.

La potenza attiva è misurata in watt (W), la potenza reattiva - in varis (VAR - volt-ampere reattivo), totale - in VA (volt-ampere).

Per il teorema di Pitagora abbiamo il diritto di scrivere:

Prestiamo ora attenzione al fatto che nel triangolo di potenza c'è un angolo phi, il cui coseno è facile da determinare principalmente dalla potenza attiva e dalla potenza apparente. Il coseno di questo angolo (cos phi) chiamato fattore di potenza. Mostra quanta parte della potenza totale viene contabilizzata quando si eseguono lavori utili in un impianto elettrico e non viene restituita alla rete.

Ovviamente un fattore di potenza più elevato (massimo uno) indica una maggiore efficienza di conversione dell'energia fornita all'impianto per il funzionamento. Se il fattore di potenza è 1, tutta l'energia fornita viene utilizzata per eseguire il lavoro.

I rapporti ottenuti consentono di esprimere l'assorbimento di corrente dell'impianto in termini di fattore di potenza, potenza attiva e tensione di rete:

Quindi, minore è il coseno phi, maggiore è la corrente richiesta dalla rete per svolgere un determinato lavoro. In pratica, questo fattore (corrente massima di rete) limita la capacità trasmissiva della linea di trasmissione e quindi, minore è il fattore di potenza, maggiore è il carico della linea e minore è la larghezza di banda utile (il basso coseno phi porta alla restrizione). Le perdite di Joule nelle linee elettriche con coseno phi decrescente possono essere viste dalla seguente formula:

Sulla resistenza attiva R della linea di trasmissione, le perdite aumentano tanto più quanto maggiore è la corrente I, anche se è reattiva al carico. Pertanto, possiamo dire che con un fattore di potenza basso, il costo della trasmissione dell'elettricità aumenta semplicemente. Ciò significa che l'aumento del coseno phi è un importante compito economico nazionale.

È auspicabile che la componente reattiva della potenza totale si avvicini allo zero, per fare ciò sarebbe bene utilizzare sempre motori elettrici e trasformatori a pieno carico e spegnerli a fine utilizzo in modo che non girino a vuoto. A vuoto, motori e trasformatori hanno un fattore di potenza molto basso. Un modo per aumentare il coseno phi negli utenti è usare banchi di condensatori E compensatori sincroni.