Fattore di potenza induttivo vs fattore di potenza capacitivo | Spiegazione della differenza di fase

Il fattore di potenza in anticipo e in ritardo sono due concetti chiave legati al fattore di potenza nei sistemi elettrici AC. La principale differenza risiede nella relazione di fase tra corrente e tensione: in un fattore di potenza in anticipo, la corrente precede la tensione, mentre in un fattore di potenza in ritardo, la corrente segue la tensione. Questo comportamento dipende dalla natura del carico nel circuito.

Cos'è il Fattore di Potenza?

Il fattore di potenza è un parametro cruciale, adimensionale, nei sistemi elettrici AC, applicabile sia ai circuiti monofase che trifase. È definito come il rapporto tra la potenza vera (o reale) e la potenza apparente.

Nei circuiti DC, la potenza può essere determinata direttamente moltiplicando i valori di tensione e corrente. Tuttavia, nei circuiti AC, questo prodotto fornisce la potenza apparente, non la potenza effettivamente consumata. Ciò avviene perché la potenza totale fornita (potenza apparente) non viene utilizzata completamente; la parte che svolge lavoro utile è chiamata potenza reale.

In parole povere, il fattore di potenza è il coseno dell'angolo di fase tra tensione (V) e corrente (I). Per carichi lineari nei circuiti AC, il fattore di potenza varia da -1 a 1. Un valore più vicino a 1 indica un sistema più efficiente e stabile.

Definizione del Fattore di Potenza in Anticipo

Un fattore di potenza in anticipo si verifica quando nel circuito è presente un carico capacitivo. In carichi puramente capacitivi o resistivo-capacitivi (RC), la corrente precede la tensione di alimentazione, risultando in un fattore di potenza in anticipo.

Poiché il fattore di potenza è il rapporto tra la potenza reale e la potenza apparente - e per le forme d'onda sinusoidali, il coseno dell'angolo di fase tra tensione e corrente - la corrente in anticipo crea un angolo di fase positivo, dando luogo a un fattore di potenza in anticipo.

Come evidente dalla figura sopra, la corrente $I$ attraversa l'asse temporale a zero in una fase precedente rispetto alla tensione $V$. Questa condizione è nota come fattore di potenza in anticipo. La figura sottostante illustra il triangolo di potenza per un fattore di potenza in anticipo.

Definizione del Fattore di Potenza in Ritardo

Un fattore di potenza in ritardo in un circuito AC si verifica quando il carico è di natura induttiva. Ciò avviene perché, in presenza di un carico puramente induttivo o resistivo-induttivo, esiste una differenza di fase tra tensione e corrente tale che la corrente segue la tensione. Di conseguenza, il fattore di potenza di tali circuiti è detto in ritardo.

Consideriamo le forme d'onda della tensione di alimentazione e della corrente attraverso un carico puramente induttivo:

Qui, la corrente attraversa il punto zero dell'asse temporale in una fase successiva rispetto alla tensione, risultando in un fattore di potenza in ritardo. Il triangolo di potenza per un fattore di potenza in ritardo è mostrato di seguito:

Conclusione

Dalla discussione sopra, si può concludere che, idealmente, tensione e corrente sono assunte in fase, risultando in un angolo di fase di 0° tra loro. Tuttavia, nella pratica, esiste una differenza di fase, e ciò è rappresentato dal fattore di potenza del circuito.