Quins són els usos de la impedància, el factor de potència i l'angle de fase en corrent altern? Quina és la relació entre aquests factors?

El paper i la relació de l'impedància, el factor de potència i l'angle de fase en la corrent alternada

En l'anàlisi dels circuits d'AC, l'impedància, el factor de potència i l'angle de fase són tres conceptes bàsics, cadascun amb un propòsit específic i una estreta relació entre ells.

Impedància

L'impedància és un paràmetre complet que descriu la resistència, inductància i capacità del circuit d'AC per impedir el flux de corrent. Està formada per la resistència (R), reactància inductiva (XL) i reactància capacitiva (XC), però no es sumen simplement, sinó que són la suma vectorial d'aquests components. La unitat de l'impedància és l'ohm (Ω), i la mida de l'impedància està relacionada amb la freqüència del circuit: quan la freqüència és més alta, la reactància capacitiva és menor, i la reactància inductiva és major; i viceversa. El valor de l'impedància canvia amb la freqüència, el que és crucial per entendre i dissenyar circuits d'AC.

Factor de potència

El factor de potència és la raó entre la potència activa (P) i la potència aparent (S) en un circuit d'AC, sovint expressat com cosφ. El factor de potència reflecteix la raó entre la potència real consumida en un circuit i la màxima potència que el circuit pot proporcionar. Idealment, el factor de potència és 1, indicant que el circuit està perfectament ajustat i no hi ha pèrdua de potència reactiva. Quan el valor és inferior a 1, indica la pèrdua de potència reactiva i redueix l'eficiència de la xarxa. L'angle de factor de potència (φ) és la tangent inversa del factor de potència cosφ, normalment entre -90 graus i +90 graus, indicant la diferència de fase entre la corrent i el voltatge.

Angle de fase

L'angle de fase és la diferència de fase entre les ones de voltatge i corrent, normalment denotades per θ. En un circuit d'AC, tant el voltatge com la corrent són ones sinusoidals, i la diferència de fase determina el flux d'energia en el circuit. Quan el voltatge i la corrent estan en fase, la diferència de fase és de 0 graus, i la potència és màxima. Quan el voltatge precedeix la corrent en 90 graus o arriba tard en 90 graus, correspon a la potència reactiva i a la càrrega inductiva o capacitiva, respectivament. L'angle d'impedància (φ) és, en realitat, l'angle de factor de potència, que és la diferència angular entre el voltatge i el fasor de corrent, i per als components d'impedància (com els resistors, inductors i condensadors), l'angle d'impedància és igual a l'angle de factor de potència.

Resum de la relació

Hi ha les següents relacions entre l'impedància, el factor de potència i l'angle de fase:

L'impedància (Z) és la quantitat complexa de voltatge i corrent en el circuit, incloent la suma vectorial de la resistència, la reactància inductiva i la reactància capacitiva, reflectint l'obstrucció total del circuit a la corrent.

El factor de potència (cosφ) és el valor cosinus de l'angle d'impedància, indicant la raó de la potència activa a la potència aparent, reflectint l'eficiència del circuit.

L'angle de fase (θ o φ) és la diferència de fase entre les ones de voltatge i corrent, que determina el flux d'energia del circuit i és la manifestació específica de l'angle de factor de potència.

Comprendre aquests conceptes ajuda a analitzar i optimitzar el disseny dels circuits d'AC, millorar l'eficiència energètica i reduir la pèrdua de potència reactiva.