FATTORE DI POTENZA



INTRODUZIONE

Il fattore di potenza (Power factor o P.F.) si intende la quantità  cos  f  dove f è lo sfasamento tra corrente e tensione come insegnato nei corsi di elettronica di potenza.  Questa definizione convenzionale e’ valida solo se si considera un segnale sinusoidale ideale per la corrente e  la tensione. Nella realtà è ben diverso in quanto le linee di potenza sono interessate da correnti e tensioni ben diverse dalle sinusoide.
Molti sistemi utilizzatori connessi alla linea hanno come un circuito di ingresso come un ponte rettificatore seguito da un capacitore di filtraggio. Questo circuito agisce come un rivelatore di picco  come mostrato in figura 1.

 

 microst.it tutorial sul fattore di potenza

Figura 1: rettificatore ad onda piena: grafico della tensione e della corrente lato rete elettrica Vmains e Imans

La corrente scorre nel condensatore solo quando la tensione AC supera le tensione sul capacitore. In un alimentatore monofase un impulso di corrente fluisce sono per in breve intervallo  del semi periodo. Tra questi impulsi di corrente il carico assorbe corrente dal condensatore di ingresso.
Lo sfasamento e il contenuto armonico di questi tipici impulsi di corrente produce un corrente RMS non efficiente che inficia il fattore di potenza della componente principale. Da ciò scaturisce che la definizione di fattore di potenza va oltre la semplice definizione di cos dello sfasamento . Il fattore di potenza reale misurato come l’efficienza sono affetti dal ritardo di fase e dal contenuto armonico della corrente di ingresso.
In questo contesto, il progetto europeo standard  EN 60555 definisce il massimo contenuto armonico nei principali sistemi di alimentazione .

Definizione teorica del P.F.

Il fattore di potenza, indicato con P.F. e’ cosi definito:

 

P.F. = P / S  = Potenza reale /Potenza apparente.

 ovvero come il rapporto tra la potenza attiva e quella apparente.

Segnali sinusoidali ideali

 
Consideriamo il caso in cui la corrente e la tensione siano delle sinusoidi ideali. Se la differenza di fase tra le forme d’onda della corrente e la tensione di ingresso  e’ definito come l’angolo di ritardo o come il disallineamento, la rappresentazione grafica del fattore di potenza mediante vettori e’ riportata in figura.


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La potenza Apparente S ha due componenti: Potenza attiva e Potenza reattiva. La potenza attiva indicata con P dipende dal coseno dello sfasamento mentre la potenza reattiva, indicata con Q, dipende dal seno dello sfasamento tra tensione V e corrente I come mostrato nelle formule indicate nella figura.

Inoltre per un segnale sinusoidale ideale il suo valore RMS  (Root Mean Square - Valore quadratico medio)  coincide con il suo valore efficace ed e' dato dalla relazione:

 Vrms = Vpeak / 1.414

Irms = Ipeak / 1.414

Con Vpeak  e Ipeak  si intende il valore massimo raggiunto dalla sinusoide di tensione  e di  corrente.