Principio de mejora del factor de potencia y métodos de corrección

<p>El bajo factor de potencia se debe principalmente a las cargas inductivas. En las industrias, la mayoría de las cargas inductivas se utilizan como motores de inducción, lámparas, etc. para diversos fines. Estas cargas inductivas toman corriente de retraso y, por lo tanto, dan como resultado un factor de potencia bajo. El bajo factor de potencia tiene muchas desventajas. Por lo tanto, la mejora del factor de potencia es necesaria para eliminar los problemas asociados con el bajo factor de potencia.

Principio de mejora del factor de potencia

El principio básico para la mejora del factor de potencia es conectar un dispositivo que tome la corriente principal en paralelo con cargas inductivas para neutralizar el efecto de la corriente atrasada. El condensador es uno de esos dispositivos. Consideremos esto con un ejemplo para una mejor comprensión de la mejora del factor de potencia. La siguiente figura muestra una carga inductiva monofásica conectada a una tensión de alimentación monofásica V.

Esta carga inductiva toma corriente en atraso con un factor de potencia de cosØ1. Cuando se conecta un capacitor a través de esta carga, tomará la corriente Ic con un ángulo de 90 grados con el voltaje de suministro V, como se muestra en la figura a continuación.

Por lo tanto, la corriente de línea neta I’ es la suma fasorial de la corriente de carga I y la corriente del capacitor Ic. Dado que el componente de corriente reactiva (es decir, IsinØ1) de la carga está parcialmente neutralizado por la corriente Ic del capacitor en avance, la corriente de línea resultante I’ se retrasará con respecto al voltaje de alimentación en un ángulo menor que Ø1. En la figura se muestra que esta corriente I’ está retrasada un ángulo Ø2. Dado que Ø2<Ø1, esto significa que cosØ1

Algunos puntos importantes:

1) Como el componente de corriente reactiva (es decir, IsinØ1) de la carga se neutraliza parcialmente por la corriente del condensador principal Ic, el componente reactivo neto de la corriente de línea se convertirá en (IsinØ1 – Ic). Pero el componente de corriente activa, es decir, IcosØ1 permanece constante. Por lo tanto, la corriente de línea total después de la mejora del factor de potencia se da como

I’ = IcosØ1+ j(IsenØ1– Ic)

Corriente de línea antes de la corrección del factor de potencia,

I = IcosØ1 + jIsenØ1

Una comparación de las dos corrientes anteriores muestra claramente que la corriente de línea se reduce mediante la mejora del factor de potencia.

2) El componente de corriente activa no se ve afectado por la corrección del factor de potencia. Esto es de esperar ya que solo el componente de corriente reactiva se neutraliza mediante métodos de corrección del factor de potencia. Esto también queda claro en el diagrama fasorial. Se puede ver que,

IcosØ1 = I’cosØ1

Dado que el componente de corriente activa permanece inalterado, la potencia activa también permanece igual ya que el voltaje de suministro es constante.

VIcosØ1 = VI’cosØ1

3) Dado que la componente de corriente reactiva se reduce de IsinØ1 a (IsinØ1 – Ic), esto significa que la demanda de potencia reactiva del equipo también se reduce.

Como potencia reactiva = voltaje x componente de corriente reactiva, por lo tanto

Demanda de potencia reactiva antes de la corrección del factor de potencia

= VIsenØ1

Demanda de potencia reactiva después de la corrección del factor de potencia

= V(IsenØ1– Ic)

= VIsinØ1– VIc

= kVAR retrasado antes de la mejora de pf – kVAR adelantado del capacitor

Por lo tanto, la reducción neta en la potencia reactiva

= VIc

Métodos de corrección del factor de potencia

Es necesario adoptar métodos de corrección del factor de potencia para mejorar el bajo factor de potencia de un equipo y, por lo tanto, mejorar el pf general de la planta o industria.

La corrección del factor de potencia se puede lograr mediante el uso de los siguientes equipos:

• Condensador estático:

El factor de potencia se puede corregir conectando un capacitor estático en paralelo con la carga tomando potencia reactiva retrasada. Como un condensador es un generador de potencia reactiva, la demanda de potencia reactiva retrasada del equipo es suministrada localmente por el condensador estático. Por lo tanto, se mejora el pf. Este método es el mismo que se describe en el Principio de mejora del factor de potencia. Las ventajas y desventajas de este método de corrección del factor de potencia se analizan a continuación.

Ventaja:

1. Dado que el condensador no consume potencia activa, este método es bastante eficiente.
2. Requiere muy poco o ningún mantenimiento.
3. Su instalación es fácil y requiere menos espacio.

Desventaja:

1. La conmutación del banco de condensadores requiere un disyuntor o arreglo especial.
2. Su vida es corta del orden de 10 años.

• Condensador síncrono:

Un condensador síncrono es un motor síncrono sobreexcitado. Cuando un motor síncrono está sobreexcitado, toma corriente con un ángulo de 90° respecto a la tensión de alimentación. Esto simplemente significa que se comporta como un condensador.

La corrección del factor de potencia se logra conectando un condensador síncrono en paralelo con la carga inductiva cuyo pf se desea mejorar. Para obtener detalles sobre cómo el condensador síncrono mejora el factor de potencia, lea “¿Cómo mejora el motor síncrono el factor de potencia?”

Ventaja:

1. Se puede lograr un control suave del factor de potencia variando la excitación archivada del condensador síncrono. En el caso de un capacitor estático, el control del factor de potencia no es uniforme sino que se realiza de forma escalonada. Esto significa que encender el banco de capacitores mejorará el factor de potencia en cierta cantidad. Si necesitamos corregir aún más el factor de potencia, debemos agregar un capacitor adicional en el banco. Pero en el condensador síncrono, la mejora adicional del factor de potencia se logra simplemente cambiando la excitación del campo.
2. La estabilidad térmica para la corriente de cortocircuito es alta para el devanado del motor.

Desventaja:

1. Este método es menos eficiente en comparación con el método de condensador estático debido a las pérdidas.
2. El costo de mantenimiento es alto.
3. El costo total de este método es más alto en comparación con el método de capacitor estático de hasta 500 kVA.
4. Se requiere un equipo auxiliar para el arranque del condensador síncrono. Esto se debe al hecho de que los motores síncronos no son de arranque automático.

• Avance de fase:

Los avances de fase se utilizan para la corrección del factor de potencia de los motores de inducción. Sabemos que los motores de inducción funcionan con un factor de potencia retrasado. Esto se debe a que el devanado del estator del motor de inducción atrae la corriente de excitación retrasada del suministro principal para generar flujo de entrehierro. Si esta corriente de excitación puede proporcionarse por algún otro medio, entonces, obviamente, el suministro principal se liberará de la entrega de energía reactiva atrasada al devanado del estator. Por lo tanto, se mejorará el factor de potencia del motor de inducción. Este es el principio básico de Phase Advancer.

Phase Advancer está montado en el eje del motor de inducción y alimenta emocionantes vueltas de amperios (mmf) al circuito del rotor a frecuencia de deslizamiento. La cantidad de corrección del factor de potencia depende de la cantidad de mmf suministrada por el avance de fase. Es posible hacer funcionar un motor de inducción con un factor de potencia adelantado proporcionando mmf superior al valor requerido.

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