Análisis transistor

Power Factor Correction

E. Millan and A. Colillanca

Abstract – In this report the improvement of an evil has studied factor of power using condensers that have been calculated theoretically. To estimate the improvement there has been in use a meter of factor of power.

I. Introducción:

El cos φ es la relación entre la potencia activa (P) y la aparente (S). En una instalación eléctrica donde todos los equipos conectados se comportan como cargas resistivas (hornos, bombillas, etc) toda la potencia aparente consumida es activa por lo que cos φ =1. Pero, en una instalación eléctrica industrial, se suelen conectar máquinas que actúan como cargas inductivas (motores, transformadores) entonces aparece un desfase entre la tensión y la corriente (cos φ <1) que implica un consumo de potencia reactiva (Q). El consumo de potencia reactiva perjudica a los equipos generadores, haciendo que los transformadores de abastecimiento trabajen en un régimen mayor del necesario. Además, las compañías eléctricas penalizan duramente en las facturas el consumo de energía reactiva por parte de las empresas cuando el factor de potencia medio mensual es inferior a 0,93. Por lo que compensar el cos φ supone un ahorro económico. Para evitar esto se aplica la corrección del factor de potencia, y se hace mediante el uso de condensadores o bancos de condensadores para generar en terreno la energía reactiva necesaria para la transferencia de potencia eléctrica útil [1].

A continuación, estudiaremos como calcular y dimensionar correctamente un condensador para mejorar el coseno fi de una carga en particular, en este caso un motor eléctrico trifásico.

II. Corrección del factor de potencia:

En circuitos de corriente alterna, la corriente absorbida por una carga puede estar representada por dos componentes.

• La componente activa IR
• La componente reactiva IQ

Por lo general, las cargas de tipo inductivo, óhmico la corriente total I se muestra desfasada y retardada respecto a la componente activa IR.

Por lo tanto, en una instalación eléctrica es necesario generar, además de la potencia activa útil P, una cierta potencia reactiva Q, indispensable para la conversión de la energía eléctrica que no es utilizada por el elemento sino intercambiada con la red [2]. El complejo de la potencia generada y transportada constituye la potencia aparente S.

El factor de potencia cos ϕ se define como la relación entre la componente activa IR y el valor total de la corriente I, siendo ϕ el ángulo de fase entre la tensión y la corriente. Con una tensión V dada de fase resulta:

[pic 1]

Figura 1: Representación fasorial de intensidades y triangulo de potencia.

III. Ventajas de la corrección de F.D.P:

Al aplicar la corrección en una instalación, proporcionando localmente la potencia reactiva necesaria, se reduce el calor de la corriente y, por lo tanto, la potencia global consumida aguas arriba, esto conlleva numerosas ventajas como un uso optimizado de las maquinas (generadores y transformadores) y de las líneas eléctricas (transmisión y distribución).

[pic 2]

Figura 2: Representación de potencias.

A continuación, se explican los beneficios de mejorar el factor de potencia [3].

Uso optimizado de las maquinas eléctricas:

Los generadores y los transformadores son dimensionados a partir de la potencia aparente (S). Está a igual potencia activa (P), es más pequeña cuanto menor es la potencia reactiva (Q) suministrada. Por lo tanto, compensando la instalación, las maquinas pueden ser dimensionadas en relación con una potencia aparente inferior, aun proporcionando la misma potencia activa.

Uso optimizado de las líneas eléctricas:

Otra de las ventajas al corregir el factor de potencia es el dimensionamiento de conductores, ya que al disminuir la corriente permite utilizar conductores de inferior sección por tanto trae ventajas económicas también.

Reducción de perdidas: 

Las pérdidas de potencia en un conductor eléctrico dependen de la resistencia del conductor y del cuadrado de la corriente que lo atraviesa; dado que a igual potencia activa transmitida más alto es el cos ϕ y más baja es la corriente, al crecer el factor de potencia disminuyen las perdidas en el conductor ubicado aguas arriba respecto al punto en el que se lleva a cabo la corrección.

Reducción de la caída de tensión:

A igual potencia activa transmitida, la caída de tensión será menor cuanto mayor sea el factor de potencia.

IV. Ventajas económicas al corregir F.D.P:

Los distribuidores de energía eléctrica aplican un sistema de tarifas que sanciona el consumo de energía con un factor de potencia medio mensual inferior a 0.93. Los contratos aplicados son diferentes dependiendo del país y también pueden variar en función del tipo de cliente.

V. Experiencia en laboratorio:

Para llevar a cabo la información expresada se nos entregó un motor con las siguientes características:

Según la placa de motor indicada en la tabla nos da un factor de potencia de 0.71. Pero al medir con el cosenofímetro obtuvimos un valor de 0,3. Esto se debe a que el F.D.P. que nos indica la placa es cuando se tiene una carga conectada al eje del motor y al ponerlo en funcionamiento está trabajando en vacío. Por lo tanto, todos nuestros cálculos estarán en base al cos φ medido por el cosenofímetro, puesto que, es el valor real de trabajo en laboratorio.

VI. Cálculos teóricos:

Datos:

• Cos φ inicial (medido) 0,3
• Cos φ final (al que queremos llegar) 0,99

Para calcular el condensador se debe utilizar la siguiente formula [4]:

[pic 3]

Donde:

Qc = Potencia en voltio amperios reactivos (VAr)

φ 1 = Ángulo de desfase antes de la corrección

φ 2 = Ángulo de desfase que se quiere obtener con la corrección

P = Potencia activa

Entonces debemos realizar la conversión del φ 1 y φ 2 a ángulos en grados.

[pic 4]

[pic 5]

Luego usamos estos ángulos para reemplazarlos en la formula antes indicada.

[pic 6]

[pic 7]

Después debemos convertir esos Voltio amperios reactivos a Faradios. Se hace mediante la fórmula que sigue [5].

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