miniatura|250x250px|El parpelleig dels llums no incandescents de la ciutat es mostra en aquesta llarga exposició amb borrosa pel moviment. La naturalesa de CA de l'alimentació de la xarxa elèctrica es revela per l'aparició de punts dels traços de les llums en moviment. Alimentació de CA, en un circuit elèctric, la potència instantània és la velocitat de flux d'energia en el temps que passa per un punt determinat del circuit. En els circuits de corrent altern, els elements d'emmagatzematge d'energia com ara els inductors i els condensadors poden provocar inversions periòdiques de la direcció del flux d'energia. La seva unitat SI és el watt.
La porció de la potència instantània que, calculada com a mitjana durant un cicle complet de la forma d'ona de CA, resulta en una transferència neta d'energia en una direcció es coneix com a potència activa instantània, i la seva mitjana temporal es coneix com a potència activa o potència real.La part de la potència instantània que no resulta en cap transferència neta d'energia, sinó que oscil·la entre la font i la càrrega en cada cicle a causa de l'energia emmagatzemada es coneix com a potència reactiva instantània, i la seva amplitud és el valor absolut de la potència reactiva.
Potència activa, reactiva, aparent i complexa en estat estacionari sinusoidal Per a un circuit simple de corrent altern (CA) en estat estacionari; que consisteix en una font i una càrrega lineal invariant en el temps, tant el corrent com la tensió són sinusoïdals a la mateixa freqüència fixa, donada per: amb i l'RMS, i els fasors i el canvi de fase entre el voltatge i el corrent. La potència instantània ve donada pel producte: Si la càrrega és purament resistiva, les dues quantitats inverteixen la seva polaritat alhora. Per tant, la potència instantània sempre és positiva, de manera que la direcció del flux d'energia no s'inverteix i sempre és cap a la resistència. En aquest cas, només es transfereix la potència activa. miniatura|500x500px|Potència instantània en sistemes de corrent altern quan el corrent és 50 graus inferior al voltatge. Si la càrrega és purament reactiva, el voltatge i el corrent són 90 graus desfasats. Durant dos quarts de cada cicle, el producte del voltatge i el corrent és positiu, però durant els altres dos quarts, el producte és negatiu, cosa que indica que, de mitjana, entra a la càrrega exactament tanta energia com en surt. No hi ha un flux net d'energia durant cada mig cicle. En aquest cas, només flueix energia reactiva: no hi ha cap transferència neta d'energia a la càrrega; tanmateix, l'energia elèctrica flueix pels cables i torna fluint en sentit invers pels mateixos cables. El corrent necessari per a aquest flux de potència reactiva dissipa energia en la resistència de línia, fins i tot si el dispositiu de càrrega ideal no consumeix energia. Les càrregues pràctiques tenen resistència i inductància, o capacitància, de manera que tant les potències actives com les reactives fluiran a les càrregues normals.
La potència aparent és el producte dels valors RMS del voltatge i el corrent. La potència aparent es té en compte en el disseny i el funcionament dels sistemes d'energia, ja que, tot i que el corrent associat a la potència reactiva no fa cap treball a la càrrega, encara ha de ser subministrat per la font d'alimentació. Els conductors, transformadors i generadors han de ser dimensionats per transportar el corrent total, no només el corrent que fa un treball útil. Una potència reactiva insuficient pot fer baixar els nivells de tensió en una xarxa elèctrica i, en determinades condicions de funcionament, col·lapsar la xarxa (una apagada). Una altra conseqüència és que sumar la potència aparent de dues càrregues no donarà amb precisió la potència total tret que tinguin la mateixa diferència de fase entre el corrent i el voltatge (el mateix factor de potència).
Convencionalment, els condensadors es tracten com si generen energia reactiva i els inductors es tracten com si la consumeixen. Si un condensador i un inductor es col·loquen en paral·lel, els corrents que flueixen a través del condensador i l'inductor tendeixen a cancel·lar-se en lloc de sumar-se. Aquest és el mecanisme fonamental per controlar el factor de potència en la transmissió d'energia elèctrica; els condensadors (o inductors) s'insereixen en un circuit per compensar parcialment la potència reactiva "consumida" ("generada") per la càrrega. Els circuits purament capacitius subministren energia reactiva amb la forma d'ona de corrent avançant la forma d'ona de voltatge 90°. graus, mentre que els circuits purament inductius absorbeixen potència reactiva amb la forma d'ona del corrent endarrerida respecte a la forma d'ona de voltatge en 90 graus. El resultat d'això és que els elements del circuit capacitius i inductius tendeixen a cancel·lar-se mútuament. miniatura|280x280px|La potència complexa és la suma vectorial de la potència activa i reactiva. La potència aparent és la magnitud de la potència complexa. Potència activa, P
Potència reactiva, Q Potència complexa, S
Potència aparent, S Fase del voltatge respecte al corrent, Els enginyers utilitzen els termes següents per descriure el flux d'energia en un sistema (i assignen a cadascun una unitat diferent per diferenciar-los):
Potència activa, P, o potència real watt (W); Potència reactiva, Q: volt-ampere reactiu (var); Potència complexa, S: volt-ampere (VA); Potència aparent, | S |: la magnitud de la potència complexa S : volt-ampere (VA); Fase del voltatge respecte al corrent, φ: l'angle de diferència (en graus) entre el corrent i el voltatge; . Tensió retardada de corrent (vector quadrant I), tensió avançada de corrent (vector quadrant IV).
Tots aquests es denoten al diagrama adjacent (anomenat triangle de potències).
En el diagrama, P és la potència activa, Q és la potència reactiva (en aquest cas positiva), S és la potència complexa i la longitud de S és la potència aparent. La potència reactiva no fa cap treball, per la qual cosa es representa com l'eix imaginari del diagrama vectorial. La potència activa sí que fa treball, per tant és l'eix real.
La unitat de potència és el watt (símbol: W). La potència aparent s'expressa sovint en voltamperes (VA), ja que és el producte del voltatge RMS i el corrent RMS. La unitat de potència reactiva és var, que significa volt-ampere reactiu. Com que la potència reactiva no transfereix energia neta a la càrrega, de vegades s'anomena potència "sense watts". Tanmateix, té una funció important a les xarxes elèctriques i la seva manca s'ha citat com un factor significatiu en l'apagada del nord-est del 2003. Comprendre la relació entre aquestes tres quantitats és fonamental per entendre l'enginyeria energètica. La relació matemàtica entre ells es pot representar mitjançant vectors o expressar-se mitjançant nombres complexos, S = P. + j Q (on j és la unitat imaginària).
Càlculs i equacions en estat estacionari sinusoidal La fórmula per a la potència complexa (unitats: VA) en forma fasorial és:
,
on i són el voltatge i el corrent de valors complexos, respectivament, escrits en forma de fase amb l'amplitud com a RMS. També per convenció, s'utilitza el conjugat complex d' I, que es denota (o ), en lloc de jo mateix. Això es fa perquè, si no, utilitzar el producte VI per definir S donaria com a resultat una quantitat que depèn de l'angle de referència escollit per a V o I, però definir S com a VI* dona com a resultat una quantitat que no depèn de l'angle de referència i permet relacionar S amb P i Q.
Altres formes de potència complexa (unitats en voltamperes, VA) es deriven de Z, la impedància de càrrega (unitats en ohms, Ω).
.
En conseqüència, amb referència al triangle de potència, la potència real (unitats en watts, W) es deriva de la següent manera:
Per a una càrrega purament resistiva, la potència real es pot simplificar a:
R denota la resistència (unitats en ohms, Ω) de la càrrega.
La potència reactiva (unitats en volts-amperes-reactiu, var) es deriva de la següent manera:
Per a una càrrega purament reactiva, la potència reactiva es pot simplificar a:
,
on X denota la reactància (unitats en ohms, Ω) de la càrrega.
Combinant, la potència complexa (unitats en voltamperes, VA) es deriva retroactivament com a
,
i la potència aparent (unitats en voltamperes, VA) com a
.
Aquests es simplifiquen esquemàticament mitjançant el triangle de potències.
Factor de potència La relació entre la potència activa i la potència aparent en un circuit s'anomena factor de potència. Per a dos sistemes que transmeten la mateixa quantitat de potència activa, el sistema amb el factor de potència més baix tindrà corrents circulants més alts a causa de l'energia que torna a la font des de l'emmagatzematge d'energia a la càrrega. Aquests corrents més alts produeixen pèrdues més elevades i redueixen l'eficiència general de transmissió. Un circuit amb un factor de potència més baix tindrà una potència aparent més alta i pèrdues més altes per a la mateixa quantitat de potència activa. El factor de potència és 1.0 quan el voltatge i el corrent estan en fase. És zero quan el corrent avança o retarda el voltatge 90 graus. Quan el voltatge i el corrent estan 180 graus desfasats, el factor de potència és negatiu i la càrrega alimenta energia a la font (un exemple seria una casa amb cèl·lules solars a la teulada que alimenten energia a la xarxa elèctrica quan brilla el sol). Els factors de potència s'indiquen normalment com a "principals" o "endarrerits" per mostrar el signe de l'angle de fase del corrent respecte al voltatge. El voltatge es designa com la base amb la qual es compara l'angle del corrent, és a dir, que el corrent es considera com a voltatge "principal" o "endarrerit". Quan les formes d'ona són purament sinusoïdals, el factor de potència és el cosinus de l'angle de fase ( ) entre les formes d'ona sinusoïdals de corrent i de tensió. Les fitxes tècniques i les plaques identificatives dels equips sovint abreugen el factor de potència com a " "per aquest motiu.
Exemple: La potència activa és de i l'angle de fase entre el voltatge i el corrent és de 45,6°. El factor de potència és . La potència aparent és llavors: . El concepte de dissipació de potència en un circuit de corrent altern s'explica i s'il·lustra amb un exemple.
Per exemple, un factor de potència de 0,68 significa que només el 68 per cent del corrent total subministrat (en magnitud) està fent treball; el corrent restant no fa cap treball a la càrrega. El factor de potència és molt important a les subestacions del sector elèctric. De la xarxa nacional, els subsectors han de tenir un factor de potència mínim. Altrament hi ha moltes pèrdues. Principalment, els requisits varien al voltant de 0,90 a 0,96 o més. Millor el factor de potència menys les pèrdues.
Potència reactiva