Ce este puterea electrică ?

Ce este puterea electrică - abstract articolBine te-am găsit !

Spuneam într-unul din articolele trecute cum că un generator electric nu face decât să preia o anumită formă de energie (mecanică, chimică, termică etc.) şi să o transforme în energie electrică. În acelaşi timp, spuneam că un consumator electric preia energie electrică şi o transformă în alte forme de energie (căldura, lumină, lucru mecanic etc.). Din acestea putem trage concluzia că, în momentul funcţionării lor, absolut toate componentele electrice transformă energia pe care o primesc în una sau mai multe alte forme de energie. Pentru a putea înţelege şi profita cât mai mult de pe urma acestor fenomene este nevoie să ştim cu ce viteză se transformă energia dintr-o stare în alta. În cazul energiei electrice, viteza de transformare a energiei electrice în sau din altă formă de energie este numită putere electrică. Prin urmare, astăzi vom vorbi despre:

  • Ce este puterea electrică ?
  • Puterea electrică activă
  • Puterea electrică reactivă
  • Puterea electrică aparentă
  • Factorul de putere
Ce este puterea electrică ?

După cum am spus şi în introducere, puterea este mărimea care arată cât de rapid “curge” energia dintr-un loc în altul sau cât de rapid se transformă ea într-o altă formă de energie. În cazul energiei electrice, viteza cu care aceasta “curge” este proporţională atât cu tensiunea cât şi cu intensitatea curentului electric care o transportă. Aşadar, relaţia matematică a puterii electrice este:

P=U\cdot I

unde:

  • P – puterea electrică. Se exprimă în W (vaţi);
  • U – tensiunea electrică. Se exprimă în V (volţi);
  • I – intensitatea curentului electric. Se exprimă în A (amperi).

Nu ştiu tu, însă eu m-am obişnuit deja ca toate formulele simple să nu poată fi folosite direct în practică decât în destul de puţine cazuri. La fel stă treaba şi în cazul formulei puterii electrice: relaţia de mai sus este valabilă doar în cazul circuitelor formate din circuite pur rezistive (adică formate doar din rezistenţe electrice). De ce ? Mai băbeşte spus, rezistenţele electrice tranferă energie într-un singur sens (din energie electrică în căldură), în timp ce bobinele şi condensatorii se comportă ca nişte rezervoare de energie electrică: ele pot primi dar pot şi ceda energie electrică. Noi dorim să ştim doar puterea consumată de circuit însă relaţia de mai sus pune în aceeaşi oală atât puterea consumată cât şi cea cedată de circuit şi astfel ne poate da rezultate complet greşite.

Dacă ţinem cont şi de faptul că orice componentă electronică va avea mereu atât o capacitate cât şi o inductanţă parazită, rezultă că formula de mai sus este 100% corectă doar în cazul circuitelor electrice alimentate cu tensiune continuă constantă (adică atunci când efectele capacităţilor şi inductanţelor nu se pot produce). Totuşi, ultima afirmaţie nu trebuie să te sperie – în cazul în care este vorba de componente electronice de mici dimensiuni folosite în circuite electrice de joasă frecvenţă (să zicem sub câteva zeci de mii de herţi), efectul capacităţilor şi inductanţelor parazite este de multe ori complet neglijabil.

Puterea electrică activă

Este puterea reală consumată de un circuit. Într-un circuit în care avem rezistenţe, bobine şi condensatori, puterea electrică activă este consumată doar de rezistenţele electrice deoarece acestea nu pot stoca energie electrică (toată energia electrică pe care o primesc trebuie neapărat să se consume cumva, adică să se transforme în altă formă de energie – în cazul acesta în căldură).

Formula de calcul a puterii active este cea de mai sus. O rescriu în continuare împreună cu celelalte variante perfect echivalente:

P=U\cdot I

sau

P=I^2\cdot R

sau

P=\frac{U^2}{R}

unde:

  • P – puterea electrică actică. Se exprimă în W (vaţi);
  • U – tensiunea electrică. Se exprimă în V (volţi);
  • I – intensitatea curentului electric. Se exprimă în A (amperi);
  • R este rezistenţa electrică a circuitului. Se exprimă în Ω (ohmi).
Puterea electrică reactivă

Pe scurt, este puterea electrică plimbată de colo până colo de către bobinele şi condensatorii dintr-un circuit. Mai pe larg, putem privi bobinele şi condensatorii ca pe nişte oglinzi: primesc energie electrică însă mai devreme sau mai târziu o reflectă înapoi în circuit. Din acest motiv condensatoarelor şi bobinelor li se mai spun componente reactive – pentru că reacţionează la trecerea curentului electric folosind energia electrică acumulată anterior.

Într-un circuit în care avem rezistenţe, bobine şi condensatori, puterea electrică reactivă apare doar datorită prezenţei în circuit a bobinelor şi condensatorilor deoarece acestea sunt singurele componente care înmagazinează energia electrică primită, putând ulterior să o reintroducă în circuit. Ca să fim mai la obiect, uite cum se întâmplă:

  • energia electrică primită de o bobină se transformă în energie magnetică. Când tensiunea de la bornele bobinei tinde să devină constantă sau chiar să scadă, energia magnetică stocată în bobină se transformă din nou în energie electrică producând un curent electric de sens contrar celui care există iniţial prin bobină;
  • energia electrică primită de un condensator este folosită pentru a muta sarcini electrice de la o bornă la alta a condensatorului. Când tensiunea de la bornele condensatorului tinde să scadă, energia (s-o numim electrostatică) din condensator se transformă înapoi în energie electrică sub forma unui curent care are aceelaşi sens cu cel iniţial. Altfel spus, când tensiunea de a borne scade, condensatorul se descarcă şi bagă înapoi în circuit energia electrică pe care a primit-o mai devreme.

Formula de calcul a puterii electrice reactive este:

Q=I^2\cdot X

sau

Q=\frac{U^2}{X}

unde:

  • Q – putere electrică reactivă. Se exprimă în VAR (volt-amperi reactivi);
  • I – intensitatea curentului electric. Se exprimă în A (amperi);
  • U – tensiunea electrică. Se exprimă în V (volţi);
  • X – reactanţa electrică. Se exprimă în Ω (ohmi).

Ţi-am mai vorbit despre reactanţa electrică dar decât să te trimit unde am vorbit prima dată despre ea este mai eficient mai reiau aici şi acum câteva lucruri despre ea.

Reactanţa este pentru un condensator sau o bobină ceea ce este rezistenţa electrică pentru o, hmm, rezistenţă electrică :D. Altfel spus reactanţa arată cât de mult se opune un condensator sau o bobină la trecerea unui curent electric. Reactanţa poate fi inductivă (a bobinelor) sau capacitivă (a condensatoarelor) şi se măsoară la fel ca şi rezistenţa electrică, în ohmi [Ω]. Reactanţa este un fenomen care apare doar când tensiunea electrică din circuit este variabilă (de exemplu în curent alternativ).

Ecuaţia de calcul a reactanţei inductive este:

X_{L}=2\cdot \pi \cdot f\cdot L

Ecuaţia de calcul a reactanţei capacitive este:

X_{C}=\frac{1}{2\cdot \pi \cdot f\cdot C}

unde:

  • XL – reactanţa inductivă. Se exprimă în Ω (ohmi);
  • XC – reactanţa capacitivă. Se exprimă în Ω (ohmi);
  • f – frecvenţa curentului alternativ care circulă prin respectiva componentă. Se exprimă în Hz (herţi);
  • L – inductanţa bobinei sau inductanţa echivalentă (în cazul în care circuitul conţine mai multe bobine). Se exprimă în H (henry);
  • C – capacitatea condensatorului sau capacitatea echivalentă (în cazul în care circuitul conţine mai multe bobine). Se exprimă în F (farazi).

Acestea fiind zise, X din ecuaţia puterii reactive:

  • se înlocuieşte cu Xdacă în circuit avem doar bobine;
  • se înlocuieşte cu XC dacă în circuit avem doar condensatori.

Cunoaşterea şi înţelegerea puterii reactive este importantă deoarece prezenţa ei în circuit solicita suplimentar atât generatorul cât şi cablurile de alimentare ale circuitului. Prezenţa unei componente reactive într-un circuit electric este o sursă de şocuri: în loc ca energia electrică să circule lin prin circuit, ea este ba înfulecată cu lacomie ba scuipată cu furie de componentele reactive. Prin urmare, elementele circuitului trebuie construite mai solid, fapt ce implică preţuri de cost mai mari pentru componentele circuitului.

Puterea electrică aparentă

Este puterea care include atât puterea electrică activă cât şi cea reactivă. Relaţia de calcul este următoarea:

S=U\cdot I

sau

S=I^2\cdot Z

sau

S=\frac{U^2}{Z}

unde:

  • S – puterea electrică aparentă. Se exprimă în VA (volt-amperi);
  • U – tensiunea electrică. Se exprimă în V (volţi);
  • I – intensitatea curentului electric. Se exprimă în A (amperi);
  • Z – impedanţa electrică a circuitului. Pe scurt,  impedanţa electrică este suma dintre rezistenţa electrică echivalentă a circuitului, reactanţa capacitivă şi reactanţa inductivă. La fel ca şi componentele sale impedanţa electrică se exprimă în Ω (ohmi).

De ce i se spune “putere aparentă” ? Pai dacă îţi aduci aminte, la începutul articolului am spus că puterea electrică se calculează înmulţind tensiunea de la bornele unui circuit cu intensitatea curentului care circulă prin acesta. Dacă facem acest calcul pentru un circuit de curent alternativ care conţine componente reactive (bobine şi condensatori) vom obţine doar o putere aparentă deoarece valoarea ei poate fi foarte departe valoarea puterii active (reale) consumate de respectivul circuit.

Factorul de putere

Matematic vorbind, factorul de putere este raportul dintre puterea electrică activă şi cea aparentă. Fiind un raport între două mărimi de aceeaşi natură, rezultă că factorul de putere este o mărime adimensională. Poate lua valori între 0 şi 1:

  • valoarea 0 înseamnă că în circuit nu avem decât componente reactive, care nu consumă energie ci doar o plimbă de ici colo pe cea existentă în circuit, aşa cum am explicat mai sus;
  • valoarea 1 înseamnă că în circuit nu circulă decât putere activă.

La ce ne foloseşte factorul de putere ?

Ştii deja că atunci când avem circuite cu bobine şi condensatori pot exista diferenţe de fază între tensiunea şi intensitatea curentului electric. Mai ştii şi că bobinele induc un defazaj opus faţă de defazajul introdus de condensatori, ceea ce înseamnă că dacă reactanţele produse de cele două tipuri de componente sunt egale, ele se vor anula reciproc (acesta fiind cazul în care avem un factor de calitate egal cu 1). În practică este evident că această egalitate apare foarte rar de la sine fapt pentru care, daca nu intervenim în vreun fel, în circuitul respectiv intensitatea curentului va fi mai mult sau mai puţin defazată faţă de tensiune, ceea ce va provoca apariţia unor dezechilibre în circuit (curenţi de intensităţi mult mai mari decât este nevoie, reducerea puterii active disponibile etc.).

În concluzie, un factor de putere mai mic decât 1 conduce la pierderi. Aşa cum poate ai intuit deja din cele prezentate mai sus, factorul de putere poate fi corectat astfel încât valoarea acestuia să fie adusă foarte aproape de 1. Despre aceasta însă vom vorbi în articolele viitoare.

Cu bine,

Ciprian

45 thoughts on “Ce este puterea electrică ?

  1. Bună ziua. Am o priza instalată cu mai mulți ani în urma unde as vrea să coneectez cu un cuptor electric cu puterea maxima de 3.5 KW. Cum pot verifica dacă circuitul respectiv e dimensionat pentru un astfel de putere. Pe același circuit plecat din doză mai am legate alte 7 prize cu consum mai mic, gen frigider, centrala pe gaz, expresor cafea, microunde. Mulțumesc.

  2. Buna ziua tuturor!
    D-le Ciprian, am o intrebare ca tot vine sezonul rece, am un calorifer mare la care as lega doua rezistente de 1000W ( tot de calorifer), daca le leg in paralel puterea in wati va fi de 2000W/H sau ramane la 1000W/H (ma refer la consumul de energie electrica).
    Multumesc!

  3. Salut tuturor.Am si eu o intrebare. Am un incarcator in 220v out 12v curent continuu 1A .

    Vreau sa montez un circuit cu ventilatoare de 12v si 1,5A . Cate suporta si cum sa le leg?

    • Daca ventilatoarele cer mai mult curent (1.5A) decat poate da sursa ta (1A) atunci oricum le-ai lega nu vor merge normal.

  4. Foarte bine întocmit articolul. Dar aș avea o întrebare. La un loc de consum unde măsura e pe medie tensiune și până la locul de consum respectiv este un cablu lung(peste 1000 m), cablu care e de tip A2XS(FL)3×150 e posibil să existe un consum considerabil de energie reactivă capacitivă(cantitate lunară de peste 15 ori cantitatea de energie activă) ???. În caz că da ce e de făcut?
    Mulțumesc anticipat

    • Daca e asa de mare diferenta intre energia activa si cea reactiva, nu cred ca problema e la cablu, ci la sarcina. Ce sarcina ai la capatul acelui cablu ?

  5. Foarte bine întocmit articolul. Dar am o întrebare. Într-un sistem trifazat unde măsura e pe medie tensiune și distanța până la locul de consum e mare(peste 1000m) cu cablu de tip A2XS(FL) 3×150 este posibil să se înregistreze consum considerabil de energie electrică reactiv capacitivă pe acest cablu?

  6. Am un modul amplificator stereo de 2*30W ,randament=92%, legat la un transformator toroidal bine filtrat de 350VA.(de proba).Astazi l.am verificat la putere maxima, pe difuzoare de 8 ohmi, este excelent ca si putere, dar am o neclaritate: e posibil sa consume doar ~15 W de la retea??? Verificat cu o priza care arata consumul, 15 w fiind varful maxim atins, in medie cam 12w. Ma gandeam ca modulul e de vina, dar l.am probat cu un difuzor de 15 w de la un genius, l.a ars intr.un minut. Priza la fel, este verificata, am probat mai multi consumatori a caror valoare o cunosc, insa este ceva ce imi scapa mie? Si ca sa nu fiu total offtopic, la un astfel de transformator este nevoie sau/si se poate folosi condensator pentru a marii factorul de putere?(pe care din pacate nu.l cunosc)

    • Salut !
      1. Ma indoiesc ca ai un amplificator randament de 92%, dar poate ma insel.
      2. Ori priza care iti arata consumul e stricata, ori e setata gresit, ori difuzorul tau nu suporta nici macar 15W..
      3. Reformuleaza ultima fraza pentru ca am inteles ce vrei sa spui.

      • 1. Amplificatorul e in clasa T, asa scrie la specificatii randament 92% max pe 8ohm si minim 89% pe 4ohmi.
        2.Priza e ok, azi am sa mai verific odata pentru ca nici mie nu imi vine a crede. Difuzoarele pe care le.am testat suporta 40w RMS si 80 max, iar cel de 15 w e de la un genius 5005.
        3.Este necesar sa marim factorul de putere la un transformator toroidal daca acesta e folosit strict la un amplificator audio?

        • Am incercat din nou, la fel imi indica la consum. Apoi am folosit o sursa smps de 12v 1.5A, imi indica max 7w consumati, 1.5w fara sunet. Tin sa precizez ca tensiunea folosita de la transformator a fost 26v, 4A, iar modulul se alimenteaza in gama 10-30v pe 8ohmi.Difuzoarele sunt “miscate bine”, sunet placut, nedistorsionat, puternic. Am verificat si priza, am folosit pistolul de lipit de 40w, indica 41w tot timpul, deci ma indoiesc sa fie priza de vina.Sa fie din cauza ca amplificatorul functioneaza la o frecventa mare(650Khz) iar priza sa nu aiba timp sa ” il vada”? Multumesc anticipat si scuze de deranj, dar imi sta pe suflet problema 🙂

  7. salut!
    cum transform,sa zicem, 500W in VA s-au mai bine zis cum aflu o valoare data in W sa o transform in VA ?

    • Daca ai de a face doar cu sarcini rezistive (care nu includ inductante sau capacitati, VA e acelasi lucru cu W. Daca insa sarcina ta are inductante si capacitati atunci ai un anumit factor de putere (cos de fi). Daca il stii atunci puterea in W = puterea in VA x factorul de putere.

  8. felicitari pentru munca depusa! am inteles multe lucruri ,care imi erau neclare pana acum, din articolele dumneavoastra

  9. Buna Ciprian. Am o nelamurire. Desi stiu ca tensiunea la priza poate sa fie intre 220-260 V si aparatele sa functioneze in parametrii normali, intrebarea e, cu cat e mai mare tensiunea la priza, cu atat platim mai mult curent la Electrica? Sau cum se calculeaza kWh ? Eu de ex. am intre 245-250 V la mine acasa tot timpul, si la birou am aprox 220 V…Acelasi aparat acasa consuma mai mult curent decat la birou ??? 🙂

    • Daca e vorba de consumatori simpli (un resou, un bec cu incandescenta, un ventilator etc.) raspunsul este da. Asta pentru ca consumatorii simpli consuma o putere proportionala cu tensiunea aplicata.

      Daca e vorba de consumatori mai sofisticati (un televizor, un PC, un fier de calcat cu termostat etc.) raspunsul e nu. Asta pentru ca astfel de consumatori includ sisteme care indiferent de cum variaza tensiunea de la retea, consuma mereu doar atat cat au nevoie.

      Oricum, chiar si in cazul consumatorilor simpli,diferenta de consum este foarte mica asa ca nu cred ca merita sa-ti bati capul cu ea :P.

          • valiunq
            1,73 (sau radical din3) provine din compunerea fazoriala (in spatiu) a tensiunilor in sistemul TRIFAZAT . Compunerea fazoriala nu este doar o adunare/scadere de valori algebrice , ci ia in considerare si unghiul (al dispunerii spatiale) pe care il fac tensiunile din cei trei conductori IN SISTEM TRIFAZAT ! Nu este acelasi lucru cu a inmultii cu 3 puterea unui sistem monofazic !
            Sint relatii importante in sistemul trifazic care probabil ca vor fi mentionate pe acest site [ 🙂 ] la momentul potrivit (ramane la latitudinea autorului !) .
            Ca o observatie – acel U (tensiunea) din formula de calcul a puterii motorului electric poate fi modificat , relativ usor, la o alta valoare (mai mica), chiar daca la priza trifazata de la atelier (sa presupunem) tensiunea este de 380 constant . Prin conectarea in mod diferit a infasurarilor motorului in cutia de conexiuni, tensiunea aplicata lor poate fi 380 , sau 380/radical(3) adica 220 . Altfel spus , conectare triunghi sau stea . Fac aceasta precizare pentru cazul in care “dati” peste un motor trifazat care totusi lucreaza la 220 V desi trifazicul din Romania este de 380 V .

            Ciprian
            Cautand o explicatie mai clara a unor lucruri neclare pentru mine , am ajuns pe acest site . Inca nu am citit toate articolele , dar deja unele mi-au fost de real folos. Mi-am permis sa raspund userului de mai sus , sper sa nu fie cu suparare , am vazut ca au trecut mai mult de 7 zile si am zis sa nu ramina absolut in ceata .
            Sper ca si topicul de SISTEM TRIFAZIC sa fie odata prezentat , deja sint intrebari .. deci cerere exista .

            Nu “sint” perfect , asa ca pot fi greseli/erori in cele afirmate de mine . Orice corectie e bine venita !

            • Cine poate aduce completari suplimentare la subiectul curent nu are nevoie de aprobarea mea. Eu unul nu am avut prea des tangenta cu sistemele trifazice asa ca raspunsul tau e mai mult decat binevenit ;).

  10. Salut Ciprian! am gasit pe un site strain o sckema electronica si am nevoie de un transformator
    TM 1298 cam greu de gasit.Stii cum il pot gasi? Multumesc anticipat!

    • Daca e greu de gasit (si din cate am vazut chiar este greu de gasit) de regula vei cheltui mult timp si bani pana il vei gasi. Asa ca mai bine incearca sa-l inlocuiesti cu ceva echivalent. Cu ce anume? Depinde de ce tensiuni/curenti are nevoie schema, de cat spatiu ai la dispozitie etc.

  11. Felicitari! Astept cu interes noi articole. Despre dispozitive “casnice” de compensare automata /semiautomata a factorului de putere in vederea ridicarii lui, aveti vre-un articol?
    Va multumesc,
    Stefan

    • Multumesc pentru felicitari. Nu am articole despre dispozitive “casnice” pentru compensarea automata a factorului de putere. Reamintesc faptul ca grija compensarii factorului de putere apare doar atunci cand ai contor de energie electrica reactiva (in caz contrar factura la energia electrica nu se va schimba cu nimic). De aceea sistemele de reglare automata a factorului de putere nu sunt diponibile (din cate stiu eu) in variante “casnice” ci doar in variante “industriale”.

  12. Cineva imi spunea cu ceva timp in urma ‘Incurcate sunt caile domnului, dar mai incurcate sunt caile curentului’ si asta m-a facut si mai tare sa ma asigur ‘nu-i electronica de mine!’ dar poate ca e.. ca incepe sa-mi placa, inteleg ceva. Multumesc Ciprian!

    • Depinde cum sunt legate led-urile. Daca ar fi toate legate in paralel atunci calculul tau ar fi corect. Insa ele de obicei nu sunt legate doar in paralel ci si in serie si deci fara sa stii exact cum sunt legate e greu sa evaluam cat consuma toate.

      Greu, dar nu imposibil. Tinand cont ca led-urile in functionare au la borne o tensiune intre 1,5 si vreo 4,5 V (in functie de culoarea acestuia), putem estima ca fiecare led consuma intre 1,5V x 20mA si 4,5V x 20mA, adica intre 30 si 90mW. Daca ai 80 de led-uri, indiferent cum sunt ele legate, puterea consumata de toate ar trebui sa fie uundeva intre 30mW x 80 si 90mW x 80, adica intre 2,4 si 7,2W. Montajul care alimenteaza led-urile mai consuma si el cate ceva insa chiar si asa estimez ca instalatia ta nu consuma mai mult de 10W (putere activa, in momentul cand sunt toate led-urile aprinse la maxim).

  13. Buna. Poți sa-mi spui te rog ce diferența este între un motor de 36v 1000w si unul de 72v 1000w? Pentru un scooter , care motor ma ajuta mai mult? Care este mai puternic?

    • Sper sa nu te superi dar intrebarea ta suna ca faza aia: “Ce este mai greu ? Un kg de cuie sau un kg de pene ?” :D. Daca ambele motoare sunt de 1000W inseamna ca ambele au exact aceeasi putere. Singura diferenta este ca primul (cel de 36V) va avea nevoie de un curent de o intensitate mai mare, iar al doilea (cel de 72V) de un curent de o intensitate mai mica. In legatura cu intrebarea legata de scooter, nu ai dat destule detalii ca sa-mi pot da cu parerea.

  14. Te rog sa scrii mai clar ce problema ai. Daca am inteles bine ca ai avea o putere consumata de 80kW si te intereseaza ce transformator ti-ar trebui pentru ea – pai iti trebuie un transformator de cel putin 80kW. Daca n-am inteles bine, detaliaza :).

  15. Salut ,spunetim va rog cum as putea afla ce fel de transformator dece putere daca stiu ca am o puterere de consum de 80kW.

Leave a Comment