Este segundo informe técnico sobre el tema de la potencia reactiva y, en particular, la potencia reactiva de distorsión, complementa la primera contribución nº 05 (teoría del cosfi frente al factor de potencia). En este informe se miden la tensión y la corriente de una lámpara incandescente con un analizador de potencia (PQ-Box 200) en una medición en línea, que se controla mediante un control de ángulo de fase. Este ejemplo de medición sirve para ilustrar los distintos tipos de potencia reactiva.
El ejemplo muestra cómo utilizar un analizador de potencia para medir las lecturas de tensión, corriente y potencia una vez en el lado de la red, en el enchufe, y otra directamente en la carga, en este caso una lámpara incandescente. Con estos valores medidos, se puede calcular y analizar la potencia reactiva de distorsión.
En la imagen del osciloscopio en línea se ven las formas de onda de la corriente y la tensión. Al principio, sólo se muestran las tensiones. Se puede ver una onda sinusoidal de la toma, que tiene una forma limpia, pero ligeramente aplanada. Esto es típico de los edificios de oficinas en los que se utiliza un gran número de fuentes de alimentación monofásicas. La tensión de línea tiene un valor eficaz de casi 230 V UL1. Cuando el control del ángulo de fase está ajustado al brillo máximo, el valor eficaz de la corriente es de 1,33A.
La tensión se corta ahora mediante el control del ángulo de fase hasta que se alcanza un valor efectivo de corriente de 1A. La corriente es idéntica en todos los puntos del circuito y también es de 1A RMS en la bombilla.
La tensión en la bombilla se ha reducido a un valor eficaz de 135V. Como la lámpara es una carga óhmica, la corriente sigue a la tensión aplicada 1:1. En los resultados de la medición, la tensión en el enchufe se muestra en verde y la tensión suministrada a través del control del ángulo de fase de la bombilla se muestra en azul.
En la medición, se midió una tensión de 135 voltios y una corriente de 1 amperio en la bombilla. En el lado de la red, se midieron 230 voltios y 1 amperio. Así pues, cabe preguntarse qué valores de medición de potencia resultan tanto en el lado de la red como en el consumidor. ¿Qué potencia se calcula como potencia activa?
El uso del control del ángulo de fase da como resultado un desplazamiento de la tensión de oscilación fundamental a la corriente de oscilación fundamental. Esto nos da un ángulo de fase phi del desplazamiento fundamental. En este caso, la corriente está 40 grados retrasada con respecto a la tensión. El ángulo de fase en las fases L2, L3 (en la bombilla) es casi cero, lo que corresponde a un coseno phi de exactamente 1. Hay que tener en cuenta que la bombilla sigue siendo una carga óhmica.
La figura nº 5 muestra todos los valores de medición de potencia de las entradas de medición de la PQ-Box 200. Todos los valores de medición de la fase L1 se refieren a la fuente de alimentación (enchufe), los valores de medición L2 y L3 se determinaron directamente en la bombilla.
De ello resultan los siguientes valores de potencia medidos:
- Valores medidos en la bombilla (L2, L3).
La potencia activa corresponde a la potencia aparente. El cosfi así como el factor de potencia PF están en el valor 1, que corresponde a una carga puramente resistiva. - Valores medidos en la conexión a la red (antes del control del ángulo de fase; L1)
Debido al desplazamiento de fase de la corriente fundamental a la tensión con aprox. 40°, existe una potencia reactiva fundamental de 114Var. Esta potencia reactiva no puede explicar por sí sola la diferencia entre la potencia aparente (232VA) y la potencia activa (140W). El factor de potencia que resulta de la división de las potencias aparente y activa es de 0,6. El cosfi que se calcula a partir del ángulo de fase phi da como resultado un valor de 0,77.
Si la potencia activa en la entrada del circuito se calcula con la fórmula conocida
P = U x I x Cos(Phi) los valores medidos serán incorrectos. En nuestro caso una potencia activa de 177W. Para que la fórmula calcule una potencia activa correcta, se debe garantizar que solo se utilice la sección de 50Hz de la corriente para la electricidad. Esto corresponde a 1A.
Un análisis del espectro actual muestra un valor RMS de 1A, que es la suma de los armónicos fundamentales y todos los actuales. Si el cursor se coloca en 50 Hertz, el software móvil WinPQ muestra un valor de 770mA y, por ejemplo, en 150 Hertz un valor de 118mA. Un cálculo correcto de la potencia activa requiere el uso de 230 voltios multiplicados por la corriente correcta, que se limita al componente de 50 hercios de 0.770A y el coseno del ángulo Phi de 0.77. El resultado ahora corresponde al valor convertido por la bombilla. El medidor ya calcula esto correctamente, lo que resulta en una potencia activa de 139 vatios en el lado de la red. La bombilla actualmente convierte 136 vatios. La diferencia de unos pocos vatios se debe a las pérdidas del regulador.
En este circuito, la potencia reactiva armónica no es despreciable. Esto se puede ver en el gráfico 9 (marcado D).
En esta medición, la potencia reactiva total colectiva se compone de la potencia reactiva fundamental de 114Var y una potencia reactiva de distorsión (potencia reactiva armónica) de 147Var. Estos sumados dan una potencia reactiva total colectiva de 186Var. La potencia activa es de 138W. La potencia reactiva de desplazamiento fundamental de 114Var está en ángulo recto con la potencia activa (verde). La suma cuadrada de las dos potencias reactivas da la potencia reactiva total para la fase L1 (rojo) de 186var. La potencia activa y la potencia reactiva total sumada al cuadrado da 232VA (azul), que de nuevo corresponde a U veces I. Debe tenerse en cuenta que en las instalaciones eléctricas, si la corriente no es sinusoidal, hay una potencia reactiva de distorsión y esto debe incluirse en el cálculo de las potencias.
Autor
Jürgen Blum, Jefe de Producto de Power Quality Mobil
