¿Qué es el Factor de Potencia (Coseno Phi)?

El factor de potencia de una persona física (coseno phi) es el siguiente. Como sabe, en un circuito de CA, generalmente hay tres tipos de carga o tres tipos de potencia (tres tipos de corriente, tres tipos de resistencia). Las potencias activa P, reactiva Q y total C están relacionadas con la resistencia activa r, reactiva x y total z, respectivamente.

Se sabe por el curso de ingeniería eléctrica que la resistencia se llama activa, en la que se libera calor cuando pasa la corriente. La resistencia activa está asociada a pérdidas de potencia activa dPnIgual al cuadrado de la corriente multiplicado por la resistencia dPn = Az2r W

Resistencia reactiva cuando la corriente fluye a través de él, no causa pérdidas. Esta resistencia se debe tanto a la inductancia L como a la capacitancia C.

La resistencia inductiva y capacitiva son dos tipos de reactancia y se expresan mediante las siguientes fórmulas:

• reactancia o resistencia inductiva,

• resistencia capacitiva o capacitancia,

Entonces x = xL — НС° С… Por ejemplo, si en el circuito xL= 12 Ohm, xc = 7 Ohm, entonces la reactancia del circuito x = xL — NSc= 12 — 7 = 5 Ohm.

Arroz. 1. Ilustraciones para explicar la esencia del coseno «phi»: a — circuito de conexión en serie de r y L en un circuito de corriente alterna, b — triángulo de resistencia, c — triángulo de potencia, d — triángulo de potencia en diferentes valores de potencia activa.

La impedancia z incluye resistencia y reactancia. Para una conexión en serie de r y L (Fig. 1, a), se representa gráficamente un triángulo de resistencia.

Si los lados de este triángulo se multiplican por el cuadrado de la misma corriente, la relación no cambiará, pero el nuevo triángulo será un triángulo de capacidad (Fig. 1, c). Consulta más detalles aquí — Triángulos de resistencias, voltajes y potencias

Como se ve desde el triángulo, en un circuito de CA, generalmente ocurren tres potencias: P activa, Q reactiva y S total

P = Az2r = UIcosphy W,B = Az2x = Az2NSL — I2x° C = UIsen Var, S = Az2z = UIWhat.

La potencia activa se puede llamar potencia de trabajo, es decir, "calienta" (emisión de calor), "ilumina" (iluminación eléctrica), "se mueve" (accionamientos de motores eléctricos), etc. Se mide de la misma manera que la potencia constante. , en vatios.

Desarrollado poder activob completamente sin dejar rastro se consume en los receptores y los cables conductores a la velocidad de la luz, casi instantáneamente. Este es uno de los rasgos característicos de la potencia activa: cuanto se genera, tanto se consume.

La potencia reactiva Q no se consume y representa la oscilación de la energía electromagnética en un circuito eléctrico.El flujo de energía de la fuente al receptor y viceversa está relacionado con el flujo de corriente a través de los cables, y como los cables tienen resistencia activa, hay pérdidas en ellos.

Así, con la potencia reactiva no se realiza trabajo, sino que se producen pérdidas, que para una misma potencia activa, cuanto mayor, menor es el factor de potencia (cosphi, coseno «phi»).

Un ejemplo. Determine la pérdida de potencia en una línea con resistencia rl = 1 ohm si se transmite a través de ella una potencia P = 10 kW a un voltaje de 400 V una vez a cosfi1 = 0,5 y la segunda vez a cosfi2 = 0,9.

Respuesta. Corriente en el primer caso I1 = P / (Ucosphi1) = 10/(0.4•0.5) = 50 A.

Pérdida de potencia dP1 = Az12rl = 502•1 = 2500 W = 2,5 kW.

En el segundo caso, la corriente Az1 = P / (Ucosphi2) = 10/(0.4•0.9) = 28 A.

Pérdida de potencia dP2 = Az22rl = 282•1 = 784 W = 0,784 kW, es decir en el segundo caso, la pérdida de potencia es 2,5 / 0,784 = 3,2 veces menor solo porque el valor del cosfi es mayor.

El cálculo muestra claramente que cuanto mayor sea el valor del coseno «phi», menor será la pérdida de energía y menor será la necesidad de colocar metales no ferrosos al instalar nuevas instalaciones.

Al aumentar el coseno «phi» tenemos tres objetivos principales:

1) ahorro de energía eléctrica,

2) ahorro de metales no ferrosos,

3) aprovechamiento máximo de la potencia instalada de generadores, transformadores y en general motores de corriente alterna.

La última circunstancia se confirma por el hecho de que, por ejemplo, de un mismo transformador es posible obtener a mayor potencia activa, mayor valor de cosfi usuarios.Entonces, de un transformador con una potencia nominal Sn= 1000 kVa a cosfi1 = 0.7 se puede obtener la potencia activa P1 = Снcosfie1 = 1000 • 0.7 = 700 kW, y a cosfi2 = 0.95 R2 = Сncosfi2= 1000 • 0 .95 = 950 kilovatios

En ambos casos el transformador estará completamente cargado a 1000 kVA. Los motores de inducción y los transformadores de baja carga son la causa del bajo factor de potencia en las fábricas. Por ejemplo, un motor de inducción en régimen de ralentí tiene un cosfixx aproximadamente igual a 0,2, mientras que cuando está cargado a una potencia nominal de sfin = 0,85.

Para mayor claridad, considere un triángulo de potencia aproximado para un motor de inducción (Fig. 1, d). Durante el funcionamiento en vacío, el motor de inducción consume una potencia reactiva aproximadamente igual al 30% de la potencia nominal, mientras que la potencia activa consumida en este caso es de aproximadamente el 15%. Por lo tanto, el factor de potencia es muy bajo. A medida que aumenta la carga, aumenta la potencia activa y la potencia reactiva cambia marginalmente y, por lo tanto, aumenta el cosfi. Lea más sobre esto aquí: factor de potencia de accionamiento

La principal actividad que incrementa el valor de cosfi es operar a plena capacidad productiva. En este caso, los motores asíncronos operarán con factores de potencia cercanos a los valores nominales.

Las actividades de mejora del factor de potencia se dividen en dos grupos principales:

1) no requiere instalación de dispositivos de compensación y es adecuado en todos los casos (métodos naturales);

2) relacionado con el uso de dispositivos de compensación (métodos artificiales).

Unidad condensadora para aumentar el factor de potencia

Las actividades del primer grupo, de acuerdo con las directrices vigentes, incluyen la racionalización del proceso tecnológico, lo que conduce a la mejora del modo de energía de los equipos y el aumento del factor de potencia. Las mismas medidas incluyen el uso de motores síncronos en lugar de algunos asíncronos (se recomienda la instalación de motores síncronos en lugar de asíncronos donde sea necesario para aumentar la eficiencia).

Lea también sobre este tema: Fuente de alimentación de CA y pérdidas de energía