Fattore di potenza

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Il fattore di potenza

Il fattore di potenza (cos φ) di un carico elettrico è definito come il coseno dell’angolo di sfasamento φ fra la tensione V e la corrente I di alimentazione del carico stesso in un sistema elettrico in corrente alternata.

In un sistema elettrico con un carico puramente resistivo lo sfasamento è nullo (cos φ = 1).

 Questa è la situazione ideale: la potenza apparente VA corrisponde alla potenza attiva W e la potenza reattiva VAR è nulla.

In un sistema di tipo induttivo (motore elettrico, lampada fluorescente, etc.) con il cos φ inferiore ad 1, la potenza reattiva (parassitaria) non è nulla. Nel caso raggiunga valori elevati, bisogna tenere in considerazione la possibilità di procedere a un opportuno rifasamento del sistema (i fornitori di energia elettrica fanno pagare dei costi aggiuntivi ai clienti di utenze industriali o commerciali che abbiano un fattore di potenza al di sotto di un certo limite – solitamente 0,9, poiché ciò influenza l’efficienza delle linee di trasmissione – da considerare che con cos φ = 0,7, le perdite nel circuito risulterebbero quasi raddoppiate, dato che esse sono proporzionali al quadrato della corrente).

Inoltre, tutti i componenti del sistema (generatori, cavi, trasformatori) dovrebbero essere di dimensioni maggiorate per trasportare la maggior corrente necessaria, con un ovvio aggravio dei costi.    

Il fattore di potenza si misura con uno strumento denominato “Cosfimetro”.

Cosfimetro

Differenza fra potenza Attiva, Reattiva e Apparente:

la potenza attiva (reale) è quella realmente consumata da un carico – si indica con W;

la potenza reattiva, essendo un’energia di scambio fra la linea di alimentazione ed il carico induttivo, non dà consumi – si indica con VAR;

la potenza apparente è, la somma (in quadratura) tra la potenza attiva e quella reattiva – si indica con VA.

Nei circuiti puramente resistivi con particolari utilizzatori (lampadine a incandescenza, scaldacqua, forni, ecc.), la potenza apparente assorbita è tutta potenza attiva (cos φ = 1).

Nei circuiti con utilizzatori che hanno al loro interno avvolgimenti atti a creare campi magnetici variabili (motori, saldatrici, alimentatori lampade fluorescenti, trasformatori, ecc.), parte della potenza assorbita non è impiegata come potenza attiva W ma come potenza reattiva VAR (cos φ < 1).  

Triangolo delle potenze

W – potenza attiva

VAR – potenza reattiva

VA – potenza apparente

φ – angolo di sfasamento

Come correggere il fattore di potenza (cos φ tendente a 1)

Il fattore di potenza (cos φ) di carichi lineari può essere corretto attraverso una rete passiva di capacitori (condensatori di rifasamento) in modo da avere un valore il più possibile prossimo a 1, condizione necessaria ad indicare che tutta l’energia fornita dalla sorgente è consumata dal carico.

Per correggere il fattore di potenza (rifasare il sistema), è necessario fornire energia reattiva di segno opposto (aggiungendo condensatori che azzerano gli effetti induttivi o capacitivi del carico).

I dispositivi per la correzione del fattore di potenza (rifasatori) possono essere collocati in una postazione centralizzata dell’impianto elettrico, sparsi lungo di esso, o inseriti all’interno dei singoli carichi induttivi. 

Rifasatore

Valori tipici del Fattore di potenza (cos φ)

Il fattore di potenza (cos φ) misura un fenomeno che si manifesta quando i carichi non sono puramente resistivi (come una lampada o una stufa) ma includono avvolgimenti elettrici o condensatori.

Tali carichi immagazzinano l’energia sotto forma di campo magnetico (nel caso siano avvolgimenti di filo) o di campo elettrico (per i condensatori) e la restituiscono ciclicamente ad ogni semionda alla rete, senza realmente “consumarla”.

Una parte della corrente quindi transita “avanti e indietro”, può essere misurata, ma non contribuisce realmente al consumo vero in Watt (Potenza Attiva W).

Ecco perché il consumo vero è sempre inferiore al valore in V.A. (Potenza apparente VA).

Si manifesta uno sfasamento tra tensione e corrente che viene espresso da un valore detto cos φ (coseno trigonometrico dell’angolo tra i vettori di tensione e corrente, chiamato con la lettera greca φ).

Il cos φ o fattore di potenza può variare tra 0 e 1.
La potenza attiva (W) è espressa in Watt ed è uguale a:

Potenza Attiva (W) = Potenza Apparente (VA) x fattore di potenza (cos φ) – W = VA x cos φ – dove V e A sono rispettivamente i Volt e gli Ampere

Valori tipici

Apparecchiature

Fattore di potenza cos φ

Motore asincrono con fattore di carico a 0% 0,17
Motore asincrono con fattore di carico a 25% 0,55
Motore asincrono con fattore di carico a 50% 0,73
Motore asincrono con fattore di carico a 75% 0,8
Motore asincrono con fattore di carico a 100% 0,85
Lampade ad incandescenza 1
Lampade fluorescenti non rifasate 0,5
Lampade fluorescenti rifasate 0,93
Lampada a scarica 0,4 – 0,6
Forni a resistenza 1
Forni ad induzione 0,85
Forni a perdite dielettriche 0,85
Saldatrice a punti 0,8 – 0,9
Saldatura ad arco alimentata da gruppo statico monofase 0,5
Saldatura ad arco alimentata da gruppo rotante 0,7 – 0,9
Saldatura arco alimentata da gruppo trasformatore/raddrizzatore 0,7 – 0,8
Forni ad arco 0,8

Formule

V Tensione Volt V
I Corrente Ampere A
R Resistenza Ohm W
P Potenza Watt W
Fattore di potenza Sfasamento n cos φ
P= V x I x cos φ
P= V x I x cos φ x 1,73
Fattore di potenza =  cos φ =  P attiva = VI cos φ
P apparente VI

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