Ce este puterea electric ?

Spuneam ntr-unul din articolele trecute cum c un generator electric nu face dect s preia o anumit form de energie (mecanic, chimic, termic etc.) i s o transforme n energie electric. n acelai timp, spuneam c un consumator electric preia energie electric i o transform n alte forme de energie (cldura, lumin, lucru mecanic etc.). Din acestea putem trage concluzia c, n momentul funcionrii lor, absolut toate componentele electrice transform energia pe care o primesc n una sau mai multe alte forme de energie. Pentru a putea nelege i profita ct mai mult de pe urma acestor fenomene este nevoie s tim cu ce vitez se transform energia dintr-o stare n alta. n cazul energiei electrice, viteza de transformare a energiei electrice n sau din alt form de energie este numitputere electric. Prin urmare, astzi vom vorbi despre: Ce este puterea electric ? Puterea electric activ Puterea electric reactiv Puterea electric aparent Factorul de putere

Ce este puterea electric ?Dup cum am spus i n introducere, puterea este mrimea care arat ct de rapid curge energia dintr-un loc n altul sau ct de rapid se transform ea ntr-o alt form de energie. n cazul energiei electrice, viteza cu care aceasta curge este proporional att cu tensiunea ct i cu intensitatea curentului electric care o transport. Aadar, relaia matematic a puterii electrice este:

unde: P puterea electric. Se exprim n W (vai); U tensiunea electric. Se exprim nV (voli); I intensitatea curentului electric. Se exprim nA (amperi).Nu tiu tu, ns eu m-am obinuit deja ca toate formulele simple s nu poat fi folosite direct n practic dect n destul de puine cazuri. La fel st treaba i n cazul formulei puterii electrice: relaia de mai sus este valabil doar n cazul circuitelor formate din circuite pur rezistive (adic formate doar din rezistene electrice). De ce ? Mai bbete spus, rezistenele electrice tranfer energie ntr-un singur sens (din energie electric n cldur), n timp ce bobinele i condensatorii se comport ca nite rezervoare de energie electric: ele pot primi dar pot i ceda energie electric. Noi dorim s tim doar puterea consumat de circuit ns relaia de mai sus pune n aceeai oal att puterea consumat ct i cea cedat de circuit i astfel ne poate da rezultate complet greite.Dac inem cont i de faptul c orice component electronic va avea mereu att o capacitate ct i o inductan parazit, rezult c formula de mai sus este 100% corect doar n cazul circuitelor electrice alimentate cu tensiune continu constant (adic atunci cnd efectele capacitilor i inductanelor nu se pot produce). Totui, ultima afirmaie nu trebuie s te sperie n cazul n care este vorba de componente electronice de mici dimensiuni folosite n circuite electrice de joas frecven (s zicem sub cteva zeci de mii de heri), efectul capacitilor i inductanelor parazite este de multe ori complet neglijabil.

Puterea electric activEste puterea real consumat de un circuit. ntr-un circuit n care avem rezistene, bobine i condensatori, puterea electric activ este consumat doar de rezistenele electrice deoarece acestea nu pot stoca energie electric (toat energia electric pe care o primesc trebuie neaprat s se consume cumva, adic s se transforme n alt form de energie n cazul acesta n cldur).Formula de calcul a puterii active este cea de mai sus. O rescriu n continuare mpreun cu celelalte variante perfect echivalente:

sau

sau

unde: P puterea electric actic. Se exprim nW (vai); U tensiunea electric. Se exprim nV (voli); I intensitatea curentului electric. Se exprim nA (amperi); R este rezistena electric a circuitului. Se exprim n (ohmi).

Puterea electric reactivPe scurt, este puterea electric plimbat de colo pn colo de ctre bobinele i condensatorii dintr-un circuit. Mai pe larg, putem privi bobinele i condensatorii ca pe nite oglinzi: primesc energie electric ns mai devreme sau mai trziu o reflect napoi n circuit. Din acest motiv condensatoarelor i bobinelor li se mai spuncomponente reactive pentru c reacioneaz la trecerea curentului electric folosind energia electric acumulat anterior.ntr-un circuit n care avem rezistene, bobine i condensatori, puterea electric reactiv apare doar datorit prezenei n circuit a bobinelor i condensatorilor deoarece acestea sunt singurele componente care nmagazineaz energia electric primit, putnd ulterior s o reintroduc n circuit. Ca s fim mai la obiect, uite cum se ntmpl: energia electric primit de o bobin se transform n energie magnetic. Cnd tensiunea de la bornele bobinei tinde s devin constant sau chiar s scad, energia magnetic stocat n bobin se transform din nou n energie electric producnd un curent electric de sens contrar celui care exist iniial prin bobin; energia electric primit de un condensator este folosit pentru a muta sarcini electrice de la o born la alta a condensatorului. Cnd tensiunea de la bornele bobinei tinde s scad, energia (s-o numim electrostatic) din condensator se transform inapoi n energie electric sub forma unui curent care are aceelai sens cu cel iniial. Altfel spus, cnd tensiunea de a borne scade, condensatorul se descarc i bag napoi n circuit energia electric pe care a primit-o mai devreme.Formula de calcul a puterii electrice reactive este:

sau

unde: Q putere electric reactiv. Se exprim nVAR (volt-amperi reactivi); I intensitatea curentului electric.Se exprim nA (amperi); U tensiunea electric. Se exprim nV (voli); X reactana electric. Se exprim n (ohmi).

i-am mai vorbit despre reactana electric dar dect s te trimit unde am vorbit prima dat despre ea este mai eficient mai reiau aici i acum cteva lucruri despre ea.Reactana este pentru un condensator sau o bobin ceea ce este rezistena electric pentru o, hmm, rezisten electric :D. Altfel spus reactana arat ct de mult se opune un condensator sau o bobin la trecerea unui curent electric. Reactana poate fi inductiv (a bobinelor) sau capacitiv (a condensatoarelor) i se msoar la fel ca i rezistena electric, n ohmi []. Reactana este un fenomen care apare doar cnd tensiunea electric din circuit este variabil (de exemplu n curent alternativ).Ecuaia de calcul a reactanei inductive este:

Ecuaia de calcul a reactanei capacitive este:

unde: XL- reactana inductiv. Se exprim n (ohmi); XC reactana capacitiv. Se exprim n (ohmi); f frecvena curentului alternativ care circul prin respectiva component. Se exprim n Hz (heri); L inductana bobinei sau inductana echivalent (n cazul n care circuitul conine mai multe bobine). Se exprim n H (henry); C capacitatea condensatorului sau capacitatea echivalent (n cazul n care circuitul conine mai multe bobine). Se exprim n F (farazi).Acestea fiind zise, X din ecuaia puterii reactive: se nlocuiete cu XLdac n circuit avem doar bobine; se nlocuiete cu XCdac n circuit avem doar condensatori.Cunoaterea i nelegerea puterii reactive este important deoarece prezena ei n circuit solicita suplimentar att generatorul ct i cablurile de alimentare ale circuitului. Prezena unei componente reactive ntr-un circuit electric este o surs de ocuri: n loc ca energia electric s circule lin prin circuit, ea este ba nfulecat cu lacomie ba scuipat cu furie de componentele reactive. Prin urmare, elementele circuitului trebuie construite mai solid, fapt ce implic preuri de cost mai mari pentru componentele circuitului.Puterea electric aparentEste puterea care include att puterea electric activ ct i cea reactiv. Relaia de calcul este urmtoarea:

sau

sau

unde: S puterea electric aparent. Se exprim n VA (volt-amperi); U tensiunea electric. Se exprim n V (voli); I intensitatea curentului electric. Se exprim n A (amperi); Z impedana electric a circuitului. Pe scurt, impedana electriceste suma dintre rezistena electric echivalent a circuitului, reactana capacitiv i reactana inductiv. La fel ca i componentele sale impedana electric se exprim n (ohmi).De ce i se spune putere aparent ? Pai dac i aduci aminte, la nceputul articolului am spus c puterea electric se calculeaz nmulind tensiunea de la bornele unui circuit cu intensitatea curentului care circul prin acesta. Dac facem acest calcul pentru un circuit de curent alternativ care conine componente reactive (bobine i condensatori) vom obine doar o putere aparent deoarece valoarea ei poate fi foarte departe valoarea puterii active (reale) consumate de respectivul circuit.

Factorul de putereMatematic vorbind, factorul de putere este raportul dintre puterea electric activ i cea aparent. Fiind un raport ntre dou mrimi de aceeai natur, rezult c factorul de putere este o mrime adimensional. Poate lua valori ntre 0 i 1: valoarea 0 nseamn c n circuit nu avem dect componente reactive, care nu consum energie ci doar o plimb de ici colo pe cea existent n circuit, aa cum am explicat mai sus; valoarea 1 nseamn c n circuit nu circul dect putere activ.La ce ne folosete factorul de putere ?tii deja c atunci cnd avem circuite cu bobine i condensatori pot exista diferene de faz ntre tensiunea i intensitatea curentului electric. Mai tii i c bobinele induc un defazaj opus fa de defazajul introdus de condensatori, ceea ce nseamn c dac reactanele produse de cele dou tipuri de componente sunt egale, ele se vor anula reciproc (acesta fiind cazul n care avem un factor de calitate egal cu 1). n practic este evident c aceast egalitate apare foarte rar de la sine fapt pentru care, daca nu intervenim n vreun fel, n circuitul respectiv intensitatea curentului va fi mai mult sau mai puin defazat fa de tensiune, ceea ce va provoca apariia unor dezechilibre n circuit (cureni de intensiti mult mai mari dect este nevoie, reducerea puterii active disponibile etc.).n concluzie, un factor de putere mai mic dect 1 conduce la pierderi. Aa cum poate ai intuit deja din cele prezentate mai sus, factorul de putere poate fi corectat astfel nct valoarea acestuia s fie adus foarte aproape de 1