El factor de potencia del motor de inducción: de qué depende y cómo cambia
En la placa de identificación (placa de datos) de cada motor de inducción, además de otros parámetros de funcionamiento, su parámetro se indica como coseno phi — cosfi… El coseno phi también se denomina factor de potencia del motor de inducción.
¿Por qué este parámetro se llama cos phi y cómo se relaciona con la potencia? Todo es bastante simple: phi es la diferencia de fase entre la corriente y el voltaje, y si graficas la potencia activa, reactiva y total que se produce durante el funcionamiento de un motor de inducción (transformador, horno de inducción, etc.), resulta que la relación de potencia activa a potencia máxima, esto es coseno phi, Cosphi, o en otras palabras, factor de potencia.
A la tensión de alimentación nominal ya la carga nominal del eje de un motor de inducción, el coseno phi o factor de potencia será simplemente igual al valor de la placa de identificación.
Por ejemplo, para el motor AIR71A2U2, el factor de potencia será 0,8 con una carga en el eje de 0,75 kW.Pero la eficiencia de este motor es del 79 %, por lo que la potencia activa consumida por el motor a la carga nominal del eje será superior a 0,75 kW, es decir, 0,75 / Eficiencia = 0,75 / 0,79 = 0,95 kW.
No obstante, a carga nominal por eje, el parámetro de potencia o Cosphi está relacionado precisamente con la energía consumida por la red. Esto significa que la potencia total de este motor será igual a S = 0,95 / Cosfi = 1,187 (KVA). Donde P = 0,95 es la potencia activa consumida por el motor.
En este caso, el factor de potencia o Cosphi está relacionado con la carga del eje del motor, ya que con diferente potencia mecánica del eje, la componente activa de la corriente del estator también será diferente. Entonces, en modo inactivo, es decir, cuando no hay nada conectado al eje, el factor de potencia del motor no excederá, por regla general, 0,2.
Si la carga del eje comienza a aumentar, entonces el componente activo de la corriente del estator también aumentará, por lo tanto, el factor de potencia aumentará y, con una carga cercana a la nominal, será de aproximadamente 0,8 a 0,9.
Si ahora la carga continúa aumentando, es decir, para cargar el eje por encima del valor nominal, entonces el rotor se ralentizará, aumentará deslizamiento, la resistencia inductiva del rotor comenzará a contribuir y el factor de potencia comenzará a disminuir.
Si el motor está inactivo durante una cierta parte del tiempo de funcionamiento, puede recurrir a reducir el voltaje aplicado, por ejemplo, cambiando de un triángulo a una estrella, luego el voltaje de fase de los devanados disminuirá en una raíz de 3 veces , el componente inductivo del rotor inactivo disminuirá y el componente activo en los devanados del estator aumentará ligeramente. Por lo tanto, el factor de potencia aumentará ligeramente.
En principio, los sistemas accionados por corriente alterna, como los motores asíncronos, tienen siempre, además de los componentes activos, inductivos y capacitivos, por lo que cada medio ciclo se devuelve a la red una parte determinada de la energía, lo que se denomina potencia reactiva Q.
Este hecho crea problemas para los proveedores de electricidad: el generador se ve obligado a suministrar toda la potencia S a la red, que vuelve al generador, pero los cables aún necesitan una sección transversal adecuada para esta potencia total y, por supuesto, hay un calentamiento parásito de los cables de la corriente reactiva circulan de un lado a otro... Resulta que se requiere que el generador entregue toda la potencia, parte de la cual es básicamente inútil.
En forma puramente activa, el generador de la central podría suministrar mucha más electricidad al usuario y para ello es necesario que el factor de potencia sea cercano a la unidad, es decir, como en una carga puramente activa donde Cosphi = 1.
Para garantizar tales condiciones, algunas grandes empresas instalan unidades de compensación de potencia reactiva, es decir, sistemas de bobinas y condensadores que se conectan automáticamente en paralelo con motores asíncronos cuando su factor de potencia disminuye.
Resulta que la energía reactiva circula entre el motor de inducción y la instalación dada, no entre el motor de inducción y el generador en la planta de energía. Así, el factor de potencia de los motores asíncronos se reduce a casi 1.