Esercizi sulla Potenza Complessa

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Versione italiana

Esercizi sulla Potenza Complessa

La potenza complessa è una grandezza che combina la potenza attiva e la potenza reattiva in un circuito elettrico. È espressa in volt-ampere (VA) e viene utilizzata per analizzare circuiti in corrente alternata (AC).

Concetti Chiave

  1. Definizione di Potenza Complessa: La potenza complessa SSS è definita come la somma della potenza attiva PPP e della potenza reattiva QQQ:

    S = P + jQS=P+jQS = P + jQ

    dove:

    • SSS è la potenza complessa (VA)
    • PPP è la potenza attiva (W)
    • QQQ è la potenza reattiva (VAR)
    • jjj è l’unità immaginaria
  2. Modulo della Potenza Complessa: Il modulo della potenza complessa rappresenta la potenza apparente |S|S|S|:

    |S| = \sqrt{P^2 + Q^2}S=P2+Q2|S| = \sqrt{P^2 + Q^2}

  3. Fattore di Potenza: Il fattore di potenza è il rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente:

    \text{FP} = \frac{P}{|S|}FP=PS\text{FP} = \frac{P}{|S|}

Esercizi

Esercizio 1: Calcolo della Potenza Complessa

Un circuito ha una potenza attiva di P = 1500 \, \text{W}P=1500WP = 1500 \, \text{W} e una potenza reattiva di Q = 500 \, \text{VAR}Q=500VARQ = 500 \, \text{VAR}. Calcola la potenza complessa SSS.

Soluzione:

  1. Usa la definizione di potenza complessa:

    S = P + jQS=P+jQS = P + jQ

    Sostituisci i valori:

    S = 1500 \, \text{W} + j500 \, \text{VAR}S=1500W+j500VARS = 1500 \, \text{W} + j500 \, \text{VAR}

    Quindi, la potenza complessa è:

    S = 1500 + j500 \, \text{VA}S=1500+j500VAS = 1500 + j500 \, \text{VA}

Esercizio 2: Calcolo del Modulo della Potenza Complessa

Utilizzando i valori dell’esercizio 1, calcola il modulo della potenza complessa |S|S|S|.

Soluzione:

  1. Usa la formula per il modulo della potenza complessa:

    |S| = \sqrt{P^2 + Q^2}S=P2+Q2|S| = \sqrt{P^2 + Q^2}

  2. Sostituisci i valori:

    |S| = \sqrt{(1500 \, \text{W})^2 + (500 \, \text{VAR})^2}S=(1500W)2+(500VAR)2|S| = \sqrt{(1500 \, \text{W})^2 + (500 \, \text{VAR})^2}

    |S| = \sqrt{2250000 + 250000} = \sqrt{2500000} = 1581.14 \, \text{VA}S=2250000+250000=2500000=1581.14VA|S| = \sqrt{2250000 + 250000} = \sqrt{2500000} = 1581.14 \, \text{VA}

Esercizio 3: Calcolo del Fattore di Potenza

Calcola il fattore di potenza per il circuito dell’esercizio 1.

Soluzione:

  1. Usa la formula del fattore di potenza:

    \text{FP} = \frac{P}{|S|}FP=PS\text{FP} = \frac{P}{|S|}

  2. Sostituisci i valori:

    \text{FP} = \frac{1500 \, \text{W}}{1581.14 \, \text{VA}} \approx 0.948FP=1500W1581.14VA0.948\text{FP} = \frac{1500 \, \text{W}}{1581.14 \, \text{VA}} \approx 0.948

Esercizio 4: Rappresentazione Grafica della Potenza Complessa

La potenza complessa può essere rappresentata in un piano complesso, dove l’asse reale rappresenta la potenza attiva PPP e l’asse immaginario rappresenta la potenza reattiva QQQ. Disegna il diagramma di potenza per il circuito dell’esercizio 1.

Soluzione:

  1. Traccia un sistema di assi cartesiani.
  2. Segna il punto (1500, 500)(1500,500)(1500, 500) nel piano, dove 150015001500 è sull’asse reale (potenza attiva) e 500500500 è sull’asse immaginario (potenza reattiva).
  3. La lunghezza del vettore che parte dall’origine fino a questo punto rappresenta il modulo della potenza complessa |S|S|S|.

English version

Complex Power Exercises

Complex power is a quantity that combines active power and reactive power in an electrical circuit. It is expressed in volt-amperes (VA) and is used to analyze alternating current (AC) circuits.

Key Concepts

  1. Definition of Complex Power: Complex power SSS is defined as the sum of active power PPP and reactive power QQQ:

S = P + jQS=P+jQS = P + jQ

where:

  • SSS is complex power (VA)
  • PPP is active power (W)
  • QQQ is reactive power (VAR)
  • jjj is the imaginary unit
  1. Module of Complex Power: The modulus of complex power represents the apparent power |S|S|S|:

|S| = \sqrt{P^2 + Q^2}S=P2+Q2|S| = \sqrt{P^2 + Q^2}

  1. Power Factor: The power factor is the ratio of the active power to the apparent power:

\text{FP} = \frac{P}{|S|}FP=PS\text{FP} = \frac{P}{|S|}

Exercises

Exercise 1: Calculating Complex Power

A circuit has an active power of P = 1500 \, \text{W}P=1500WP = 1500 \, \text{W} and a reactive power of Q = 500 \, \text{VAR}Q=500VARQ = 500 \, \text{VAR}. Calculate the complex power SSS.

Solution:

  1. Use the definition of complex power:

S = P + jQS=P+jQS = P + jQ

Substitute the values:

S = 1500 \, \text{W} + j500 \, \text{VAR}S=1500W+j500VARS = 1500 \, \text{W} + j500 \, \text{VAR}

So, the complex power is:

S = 1500 + j500 \, \text{VA}S=1500+j500VAS = 1500 + j500 \, \text{VA}

Exercise 2: Calculating the Magnitude of Complex Power

Using the values ​​from exercise 1, calculate the magnitude of the complex power |S|S|S|.

Solution:

  1. Use the formula for the magnitude of the complex power:

|S| = \sqrt{P^2 + Q^2}S=P2+Q2|S| = \sqrt{P^2 + Q^2}

  1. Substitute the values:

|S| = \sqrt{(1500 \, \text{W})^2 + (500 \, \text{VAR})^2}S=(1500W)2+(500VAR)2|S| = \sqrt{(1500 \, \text{W})^2 + (500 \, \text{VAR})^2}

|S| = \sqrt{2250000 + 250000} = \sqrt{2500000} = 1581.14 \, \text{VA}S=2250000+250000=2500000=1581.14VA|S| = \sqrt{2250000 + 250000} = \sqrt{2500000} = 1581.14 \, \text{VA}

Exercise 3: Calculating the Power Factor

Calculate the power factor for the circuit in exercise 1.

Solution:

  1. Use the power factor formula:

\text{FP} = \frac{P}{|S|}FP=PS\text{FP} = \frac{P}{|S|}

  1. Substitute the values:

\text{FP} = \frac{1500 \, \text{W}}{1581.14 \, \text{VA}} \approx 0.948FP=1500W1581.14VA0.948\text{FP} = \frac{1500 \, \text{W}}{1581.14 \, \text{VA}} \approx 0.948

Exercise 4: Graphical Representation of Complex Power

Complex power can be represented in a complex plane, where the real axis represents the active power PPP and the imaginary axis represents the reactive QQQ. Draw the power diagram for the circuit in exercise 1.

Solution:

  1. Draw a system of Cartesian axes.
  2. Mark the point (1500, 500)(1500,500)(1500, 500) in the plane, where 150015001500 is on the real axis (active power) and 500500500 is on the imaginary axis (reactive power).
  3. The length of the vector from the origin to this point represents the magnitude of the complex power |S|S|S|.

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