Cos ϕ vs. factor de potencia λ
Este informe técnico analiza la distinción entre factor de potencia y coseno phi. El coseno phi, antes ampliamente conocido como la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, tiene sin embargo un significado diferente para muchos consumidores hoy en día. Existe una diferencia notable en la definición de cómo se calcula el factor de potencia o coseno phi.
La fórmula del factor de potencia (Lambda) muestra que este último representa la tensión multiplicada por la corriente fundamental y el coseno del ángulo Phi (desfase entre la tensión fundamental y la corriente fundamental).
En relación con la potencia aparente (U x I), el factor de potencia se define como la relación entre la potencia activa y la potencia aparente.
Sólo si tanto la corriente como la tensión de una red son sinusoidales (libres de armónicos), el factor de potencia y el coseno Phi son idénticos. Sin embargo, esto rara vez es cierto hoy en día, ya que en la práctica al menos la corriente tiene armónicos y a menudo se desvía fuertemente de una onda sinusoidal pura.
En este caso, además de la potencia reactiva fundamental, también se obtiene potencia reactiva armónica o potencia reactiva de distorsión en la red.
El triángulo de la potencia, formado por la potencia activa, la potencia reactiva y la potencia aparente, se ha ampliado hasta convertirse en una construcción tridimensional. Esta ampliación incluye la consideración de la potencia reactiva fundamental (Q-50), que puede ser capacitiva o inductiva. El ángulo entre potencia activa y reactiva es de 90 grados. La tercera dimensión del triángulo de potencias incluye la potencia reactiva de distorsión (D) de los armónicos, que es perpendicular a la potencia reactiva fundamental. Para obtener la potencia reactiva total de un circuito, es necesario sumarlas al cuadrado. Para obtener la potencia aparente, hay que sumar al cuadrado la potencia activa (Q) y la potencia reactiva, que son perpendiculares entre sí. La potencia aparente se define mediante la fórmula tensión x corriente.
Un ejemplo práctico de esto puede encontrarse también en el vídeo que se muestra aquí:
Se utiliza una caja PQ para medir una tensión con una frecuencia de 50 hercios. La corriente tiene una frecuencia de 150 hercios. Al multiplicar las muestras, se calcula una potencia a partir de estas dos frecuencias. En determinados momentos, la potencia es positiva y fluye de la red al consumidor. También hay una curva roja de potencia que es negativa y está en el rango negativo. Por definición, aquí es donde la potencia es empujada desde el consumidor hacia la red (signo negativo de la potencia).
En la tecnología de medición de potencia, es necesario que la potencia se integre siempre en la zona. En la red de 50 hercios, el intervalo de medición más pequeño es una semionda sinusoidal, es decir, 10 milisegundos. Para calcular la potencia, se integra la zona bajo la curva de potencia a lo largo de este periodo. En este ejemplo, la integración de las curvas de potencia verdes por encima de la línea cero da un valor de 118 vatios, mientras que la curva roja más grande por debajo de la línea cero tiene un valor de menos 118 vatios. La integral de la potencia total a lo largo de 10 milisegundos da un valor de cero, lo que indica potencia oscilante, que se define como potencia reactiva. Aunque esta potencia reactiva carga nuestra línea y el transformador, no tiene por qué generarse como potencia activa. En la práctica, todos los armónicos de corriente se multiplican por la oscilación fundamental de tensión para calcular la potencia reactiva de distorsión. Dado que la oscilación fundamental de la tensión domina y que los demás armónicos de tensión no suelen desempeñar un papel importante, puede despreciarse en la técnica de medición.
La potencia reactiva es un tipo de potencia presente en una red eléctrica que no se utiliza, sino que sólo sirve para aumentar la carga de la red y las pérdidas en la misma.
Existen los siguientes tipos de potencia reactiva:
- Potencia reactiva fundamental
- potencia reactiva armónica/potencia reactiva de distorsión
- potencia reactiva desequilibrada
- modulación potencia reactiva
Existen diferentes remedios para cada tipo de potencia reactiva.
La potencia reactiva se refiere a la desviación entre la potencia aparente mostrada en una red y la potencia activa real utilizada por los equipos.
La potencia reactiva desequilibrada se produce cuando las cargas de una red trifásica están cargadas de forma desequilibrada. Esto puede ocurrir, por ejemplo, debido a diferentes potencias en las tres fases L1, L2 y L3. Aunque la potencia aparente y la potencia activa por fase son iguales en este caso, se produce una potencia reactiva en el sistema global, que se denomina potencia reactiva desequilibrada. Para reducir esta potencia reactiva, se puede utilizar, por ejemplo, un sistema de compensación del desequilibrio que compense las corrientes desequilibradas y minimice así la potencia reactiva.
La potencia reactiva de modulación está causada por grandes fluctuaciones en la modulación de la corriente, como en losC controles del paquete de vibracións. Hoy en día, existen muchos tipos diferentes de potencia reactiva, que los analizadores de potencia modernos, como la PQ-Box, evalúan y registran individualmente.
La potencia reactiva total colectiva es la suma cuadrada de todos los tipos de potencia reactiva.
La potencia reactiva total colectiva es la suma cuadrada de todos los tipos de potencia reactiva. Esta potencia reactiva total colectiva explica así la desviación entre potencia activa y aparente. Cabe señalar que la potencia reactiva colectiva nunca tiene signo, ya que todos los tipos de potencia reactiva se suman al cuadrado y, por consiguiente, el signo es siempre positivo. Sólo la potencia reactiva fundamental puede tener signo. Un signo negativo si ésta es capacitiva y un signo positivo si esta potencia reactiva fundamental es inductiva.
El uso de un convertidor de frecuencia sirve de ejemplo práctico. En este caso, se instala un circuito rectificador de puente B6 con 4 diodos antes del convertidor. De este modo, las tensiones o corrientes trifásicas se rectifican y se envían a la entrada del convertidor. En la Fig. nº 7, es fácil ver que la corriente y la tensión están en fase, expresando un coseno phi cercano a 1. Sin embargo, los analizadores de potencia indicarán una gran potencia reactiva para esta carga, ya que el factor de potencia (relación entre P y S) es de 0,85. Un análisis de la corriente muestra que los armónicos de corriente quinto y séptimo están presentes en este caso, hasta 160A. Estos armónicos de corriente dan lugar a una potencia reactiva de distorsión.
Otro vídeo muestra, en un ejemplo práctico, los tipos de potencia reactiva Sobre la base de un control del ángulo de fase.
Autor
Jürgen Blum, Jefe de Producto de Power Quality Mobile
