Tabla de contenido
Diferentes métodos utilizados para la corrección del factor de potencia
Los siguientes dispositivos y equipos se utilizan para la corrección del factor de potencia en los sistemas eléctricos.
- Batería de condensadores: Se puede instalar una serie de condensadores para reducir la demanda de potencia reactiva de la carga y mejorar el factor de potencia. Los capacitores pueden ser fijos o conmutados según los requisitos de carga.
- Condensador síncrono: Los motores síncronos que funcionan sin carga y con sobreexcitación se pueden utilizar como condensadores síncronos para mejorar el factor de potencia del sistema.
- Avance de fase: Un avanzador de fase es un excitador de CA que está conectado al circuito del rotor de un motor de inducción para mejorar el factor de potencia del motor.
- Compensador de vacío estático (SVC): SVC es un dispositivo de estado sólido que utiliza un reactor controlado por tiristores (TCR) y un condensador conmutado por tiristores (TSC) para proporcionar una compensación de potencia reactiva continua.
- Filtro de potencia activa: Estos filtros pueden corregir problemas de factor de potencia al crear componentes de corriente que cancelan la distorsión armónica en el sistema.
- Banco de capacitores conmutados: Un banco de condensadores conmutados utiliza un dispositivo de conmutación automática para variar la demanda de potencia reactiva en función de los requisitos de carga para mejorar el factor de potencia.
- Compensador estático síncrono (STATCOM): Un STATCOM es un convertidor de fuente de tensión que puede proporcionar compensación de potencia reactiva, filtrado de armónicos y regulación de tensión.
- Filtro de energía híbrido: Los filtros de potencia híbridos combinan técnicas de filtrado activo y pasivo para proporcionar una solución integral para la corrección del factor de potencia y la reducción de la distorsión armónica.
A continuación se presentan algunos métodos comunes utilizados para la corrección del factor de potencia.
1. Capacitancia
La mayoría de las cargas industriales y del sistema de energía son inductivas, y se sabe que las corrientes retrasadas degradan el factor de potencia del sistema (ver Inconvenientes del bajo factor de potencia). Para mejorar el factor de potencia, capacidad conectados en paralelo con estos dispositivos que funcionan a bajo factor de potencia.
Estos condensadores estáticos proporcionan corriente de adelanto y cancelan el componente inductivo atrasado de la corriente de carga. Esto elimina o neutraliza efectivamente el componente de retraso de la corriente de carga, corrigiendo el factor de potencia del circuito de carga y mejorando la eficiencia general.
Para mejorar la eficiencia de un sistema o dispositivo, estos capacitores se instalan cerca de grandes cargas inductivas como motores de inducción y transformadores para mejorar el factor de potencia del circuito de carga.
Por ejemplo, considere una carga inductiva monofásica que consume una corriente en atraso (I), como se muestra en la Figura 1. El factor de potencia de la carga es Cosθ.
La figura 2 muestra una carga con un condensador (C) en paralelo. Como resultado, la corriente (IC.) fluye a través de un capacitor que se aleja 90° del voltaje de suministro. En otras palabras, el condensador proporciona corriente de adelanto y, en un circuito puramente capacitivo, la corriente se adelanta a la tensión de alimentación en 90°. Es decir, el voltaje tiene un retraso de 90° con respecto a la corriente.La suma vectorial de (I) e (I) mientras la corriente de carga permanece (I)C.) es (I’), retrasando el voltaje en θ.2como se muestra en la Figura 3.
La figura 3 muestra que el ángulo de θ es2 < θ1lo que significa que Cosθ2 menos que Cosθ1 (Cosθ2 > Cosθ1). Por lo tanto, el condensador mejora el factor de potencia de la carga.
Es importante tener en cuenta que la corriente del circuito después de la corrección del factor de potencia es menor que la corriente del circuito de bajo factor de potencia. Además, el componente activo de la corriente permanece igual antes y después de la corrección del factor de potencia, ya que el condensador solo filtra el componente reactivo de la corriente. Finalmente, la potencia activa (en vatios) permanece igual antes y después de la corrección del factor de potencia.
ventaja:
Los bancos de capacitores tienen varias ventajas sobre otros métodos de corrección del factor de potencia:
- Bajas pérdidas de condensadores estáticos
- Bajo mantenimiento debido a que no hay partes móviles
- Capacidad para trabajar en condiciones normales (es decir, condiciones atmosféricas normales)
- No requiere base para la instalación.
- Ligero y fácil de instalar
Contras:
Sin embargo, el uso de bancos de capacitores tiene los siguientes inconvenientes:
- Vida útil corta del banco de condensadores (alrededor de 8-10 años)
- Pueden ocurrir sobretensiones de conmutación en el sistema ya que el banco de capacitores debe encenderse y apagarse cuando cambia la carga.
- Riesgo de daños si la tensión nominal supera el límite
- Los capacitores dañados son costosos de reparar.
2. Condensador síncrono
Cuando un motor síncrono funciona sin carga y se sobreexcita, se le llama condensador síncrono. Cuando un motor síncrono está sobreexcitado, una corriente de plomo fluye a través de él, actuando como un capacitor.
Los motores síncronos usan una fuente de CC separada para excitar los devanados de campo. Por lo tanto, la fuente de alimentación de entrada solo proporciona corriente para excitar el estator. Es decir, la corriente proporcionada está en fase con el voltaje de suministro. Por lo tanto, el factor de potencia sigue siendo 1.
El factor de potencia se puede ajustar variando la excitación de CC. Al aumentar la excitación de CC, el factor de potencia cambia de retraso a unidad y factor de potencia principal. A medida que aumenta la excitación de CC, el devanado de campo se sobremagnetiza. La fuente de alimentación de entrada proporciona un componente de corriente al estator para compensar esta sobremagnetización. Esta corriente conduce a la tensión de alimentación y produce un factor de potencia adelantado y potencia reactiva.
Una carga inductiva consume potencia reactiva y provoca un factor de potencia en atraso, mientras que una carga capacitiva produce potencia reactiva y provoca un factor de potencia en adelanto. Los motores síncronos se pueden utilizar para mejorar el factor de potencia general de un sistema eléctrico ajustando la excitación de CC. Un motor síncrono dedicado a la mejora del factor de potencia sin carga mecánica se denomina motor síncrono. condensador síncrono.
Se utiliza un condensador síncrono en paralelo con la carga para mejorar el factor de potencia. Mejorar el factor de potencia reduce la corriente adicional extraída de la fuente que se desperdicia en la línea eléctrica. Como resultado, ayuda a reducir las facturas de electricidad y ahorrar energía.
La colocación de un capacitor síncrono a través (en paralelo con) el voltaje de suministro permite que fluya la corriente principal y rechaza parcialmente el componente reactivo. De esta forma se mejora el factor de potencia. Los capacitores síncronos se usan comúnmente para mejorar el factor de potencia en grandes industrias.
ventaja:
- Larga vida (hasta 25 años)
- Alta fiabilidad
- Es posible el ajuste continuo del factor de potencia
- No genera armónicos y no requiere mantenimiento
- Los obstáculos se pueden eliminar fácilmente.
- Insensible a los armónicos
- Bajo mantenimiento (solo se requiere lubricación regular de los cojinetes)
Contras:
- Principalmente utilizado por grandes usuarios de energía debido a su alto costo (incluidos los altos costos de mantenimiento).
- Los motores síncronos no tienen par de arranque automático, por lo que requieren equipos auxiliares para su funcionamiento.
- generar ruido.
3. Avance de fase
El Phase Advancer es un excitador de CA simple que se conecta al eje principal del motor y funciona junto con el circuito del rotor del motor para mejorar el factor de potencia. Comúnmente utilizado en la industria para mejorar el factor de potencia de los motores de inducción.
El devanado del estator de un motor de inducción recibe una corriente en atraso que está desfasada 90° con respecto al voltaje, lo que da como resultado un factor de potencia bajo para el motor. Al suministrar los amperios-vueltas de excitación desde una fuente de alimentación de CA externa, la corriente no afecta los devanados del estator, lo que mejora el factor de potencia del motor de inducción. Este proceso adelantador de fase.
ventaja:
- Los amperios-vueltas de excitación se suministran a la frecuencia de deslizamiento (fs), lo que reduce suficientemente el kVAR (componente reactivo de potencia o potencia reactiva) retrasado consumido por el motor.
- Phase Advancer se puede usar fácilmente en lugares donde el uso de motores síncronos es inaceptable.
Desventajas:
- El uso de Phase Advancer no es económico para motores de menos de 200 HP (aproximadamente 150 kW).
4. Banco de capacitores
Un banco de capacitores (publicado como un artículo separado y explicativo) se conecta en paralelo con la carga, y cuando una carga inductiva extrae corriente del sistema, el banco de capacitores proporciona potencia reactiva capacitiva para cancelar la potencia reactiva inductiva. La cantidad de potencia reactiva capacitiva necesaria para mejorar el factor de potencia depende de las características de la carga, como la magnitud de la inductancia y el ángulo de fase entre la tensión y la corriente.
5. Compensador estático de VAR (SVC)
Este tema se ha tratado en otro artículo que describe el Compensador estático de VAR (SVC), incluidos los esquemas, la estructura, el principio de funcionamiento y las aplicaciones. Consulte este artículo sobre cómo se utiliza SVC para la corrección del factor de potencia.
La siguiente figura muestra la mejora del factor de potencia de un sistema trifásico mediante la conexión de bancos de capacitores.
- conexión delta
- conexión estelar
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