Que é o Factor de Potencia?
Na enxeñaría eléctrica, o factor de potencia (FP) dun sistema de potencia eléctrica AC defínese como a relación entre a potencia útil (medida en quilovatios, kW) absorbida pola carga e a potencia aparente (medida en quilovoltioamperios, kVA) que circula polo circuito. O factor de potencia é un número adimensional no intervalo pechado de −1 a 1.
O "factor de potencia ideal" é un (tamén coñecido como "unidade"). Isto ocorre cando non hai potencia reactiva no circuito, e, polo tanto, a potencia aparente (kVA) é igual á potencia real (kW). Unha carga cun factor de potencia de 1 é a carga máis eficiente da fonte.
Dito isto, isto non é realista, e o factor de potencia na práctica será menor que 1. Empreganse varias técnicas de corrección do factor de potencia para axudar a aumentar o factor de potencia a este estado ideal.
Para explicar isto mellor, demos un paso atrás e fallemos sobre o que é a potencia.
A potencia é a capacidade de facer traballo. No dominio eléctrico, a potencia eléctrica é a cantidade de enerxía eléctrica que pode transferirse a outras formas (calor, luz, etc.) por unidade de tempo.
Matematicamente, o factor de potencia é o produto da caída de tensión no elemento e a corrente que circula por el.
Considerando primeiro os circuitos DC, con só fontes de tensión DC, os inductores e os condensadores comportanse como curtos circuitos e circuitos abertos, respectivamente, en estado estable.
Por tanto, todo o circuito se comporta como un circuito resistivo e toda a potencia eléctrica disípanse na forma de calor. Aquí a tensión e a corrente están na mesma fase e a potencia eléctrica total dáse por:
Agora, pasando ao circuito AC, aquí tanto o inductor como o condensador ofrecen unha certa impedancia dada por:
O inductor almacena enerxía eléctrica na forma de enerxía magnética e o condensador almacena enerxía eléctrica na forma de enerxía electrostática. Ningún deles a disipa. Ademais, hai un desprazamento de fase entre a tensión e a corrente.
Por tanto, cando consideramos todo o circuito composto por un resistor, inductor e condensador, existe algúns graos de diferenza de fase entre a tensión da fonte e a corrente.
O coseno desta diferenza de fase chámase factor de potencia eléctrica. Este factor (-1 < cosφ < 1 ) representa a fracción da potencia total que se usa para facer o traballo útil.
A outra fracción da potencia eléctrica almacénase na forma de enerxía magnética ou electrostática no inductor e no condensador, respectivamente.
A potencia total neste caso é:
Isto chámase potencia aparente e a súa unidade é VA (Voltio-Ampere) e denótase por 'S'. A fracción desta potencia total que fai o noso traballo útil chámase potencia activa. Denotámola como 'P'.
P = Potencia activa = Potencia eléctrica total.cosφ e a súa unidade é watt.
A outra fracción de potencia chámase potencia reactiva. A potencia reactiva non fai traballo útil, pero é necesaria para que se faga o traballo activo. Denotámola con 'Q' e matematicamente dáse por:
Q = Potencia reactiva = Potencia eléctrica total.sinφ e a súa unidade é VAR (Voltio-Ampere Reactivo). Esta potencia reactiva oscila entre a fonte e a carga. Para entender isto mellor, todas estas potencias representáronse na forma dun triángulo.
Matematicamente, S2 = P2 + Q2, e o factor de potencia eléctrica é a potencia activa / potencia aparente.
O termo factor de potencia aparece só nos circuitos AC. Matematicamente é o coseno da diferenza de fase entre a tensión da fonte e a corrente. Refírese á fracción da potencia total (potencia aparente) que se utiliza para facer o traballo útil chamado potencia activa.
Necesidade de Melhorar o Factor de Potencia
A potencia real dáse por P = VIcosφ. A corrente eléctrica é inversamente proporcional a cosφ para transferir unha cantidade determinada de potencia a unha certa tensión. Polo tanto, canto maior sexa o FP, menor será a corrente que circula. Unha corrente pequena require unha sección transversal menor dos conductores, e así aforra conductores e diñeiro.
Da relación anterior, vemos que ter un mal factor de potencia aumenta a corrente que circula no conductor, e así o perda de cobre aumenta. Ocurre unha gran caída de tensión no alternador, transformador eléctrico e liñas de transmisión e distribución - o que dá unha regulación de tensión moi pobre.
A clasificación KVA das máquinas tamén se reduce tendo un factor de potencia máis alto, segundo a fórmula:
Polo tanto, o tamaño e o custo da máquina tamén se reducen.
É por iso que o factor de potencia eléctrico debe manterse próximo a unidade - é significativamente máis barato.
Hai tres métodos principais para mellorar o factor de potencia:
Bancos de Condensadores
Condensadores Síncronos
Avanzadores de Fase
Mellorar o factor de potencia significa reducir a diferenza de fase entre a tensión e a corrente. xa que a maioría das cargas son de natureza inductiva, requiren unha cantidade de potencia reactiva para funcionar.
Un condensador ou banco de condensadores instalados en paralelo coa carga proporcionan esta potencia reactiva. Actúan como unha fonte local de potencia reactiva, e así menos potencia reactiva circula pola liña.
Os bancos de condensadores reducen a diferenza de fase entre a tensión e a corrente.
Os condensadores síncronos son motores síncronos trifásicos sen carga atada ao seu eixo.
O motor síncrono ten as características de operar baixo calquera factor de potencia, ladeante, retrasado ou unidade, dependendo da excitación. Para cargas inductivas, un condensador síncrono conectase cara ao lado da carga e está sobreexcitado.
Os condensadores síncronos fan que se comporte como un condensador. Drena a corrente retrasada da fonte ou fornece a potencia reactiva.
Este é un excitador AC principal utilizado para mellorar o FP dun motor de indución.
Montánse no eixe do motor e conectanse ao circuito do rotor do motor. Melora o factor de potencia proporcionando os voltios-amperios excitantes para producir o fluxo necesario á frecuencia de deslizamento dada.
Ademais, se os voltios-amperios aumentan, pode operarse a un factor de potencia ladeante.
