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Compensación de potencia reactiva de componentes reactivos

Circuitos de ca

En un circuito de corriente continua, el producto de “voltios x amperios”Da la potencia consumida en vatios por el circuito. Sin embargo, aunque esta fórmula también es válida para circuitos de CA puramente resistivos, la situación es ligeramente más compleja en circuitos de CA que contienen componentes reactivos, ya que este producto de voltios-amperios puede cambiar con la frecuencia.

En un circuito de CA, el producto de voltaje y corriente se expresa como voltios-amperios (VA) o kilo voltios-amperios (kVA) y se conoce como Poder aparente, símbolo s. En un circuito puramente resistivo no inductivo, como calentadores, planchas, calderas y bombillas de filamento, etc., su reactancia es prácticamente cero, por lo que la impedancia del circuito se compone casi en su totalidad de una resistencia justa.

Para un circuito resistivo de CA, la corriente yel voltaje está en fase y la potencia en cualquier instante se puede encontrar multiplicando la tensión por la corriente en ese instante, y debido a esta relación "en fase", los valores rms se pueden usar para encontrar la potencia de CC o calefacción equivalente efecto.

Sin embargo, si el circuito contiene reactivoEn los componentes, las formas de onda de voltaje y corriente estarán "fuera de fase" en una cierta cantidad determinada por el ángulo de fase de los circuitos. Si el ángulo de fase entre la tensión y la corriente está en su máximo de 90o, el producto de voltios-amperio tendrá valores positivos y negativos iguales.

En otras palabras, el circuito reactivo regresa comoya que consume mucha energía en el suministro, lo que hace que la energía promedio consumida por el circuito sea cero, ya que la misma cantidad de energía fluye alternativamente de la fuente a la carga y regresa de la carga a la fuente.

Ya que tenemos una tensión y una corriente pero no hayLa potencia disipada, la expresión de P = IV (rms) ya no es válida y, por lo tanto, se deduce que el producto de voltios-amperios en un circuito de CA no necesariamente da la potencia consumida. Luego para determinar el "poder real", también llamado Poder activo, símbolo P consumido por un circuito de corriente alterna, necesitamostenga en cuenta no solo el producto de voltios-amperios, sino también la diferencia de ángulo de fase entre el voltaje y las formas de onda de corriente dadas por la ecuación: VI.cosΦ.

Luego podemos escribir la relación entre el poder aparente y el poder activo o real como:

Ecuación de potencia activa y reactiva.

Tenga en cuenta que el factor de potencia (PF) se define como elrelación entre la potencia activa en vatios y la potencia aparente en voltios-amperios e indica la eficacia con la que se utiliza la potencia eléctrica. En un circuito de CA resistivo no inductivo, la potencia activa será igual a la potencia aparente a medida que la fracción de P / S sea igual a uno o unidad. Un factor de potencia de los circuitos se puede expresar como un valor decimal o como un porcentaje.

Pero además de las potencias activas y aparentes en los circuitos de CA, también hay otro componente de potencia que está presente cada vez que hay un ángulo de fase. Este componente se llama Poder reactivo (a veces se denomina potencia imaginaria) y se expresa en una unidad llamada "voltios-amperios reactivos", (VAr), símbolo Q y viene dada por la ecuación: VI.sinΦ.

La potencia reactiva, o VAr, no es realmente potencia entodos menos representan el producto de voltios y amperios que están desfasados ​​entre sí. La potencia reactiva es la porción de electricidad que ayuda a establecer y mantener los campos eléctricos y magnéticos requeridos por los equipos de corriente alterna. La cantidad de potencia reactiva presente en un circuito de CA dependerá del cambio de fase o del ángulo de fase entre la tensión y la corriente y, al igual que la potencia activa, la potencia reactiva es positiva cuando se "suministra" y negativa cuando se "consume".

La potencia reactiva es utilizada por la mayoría de los tipos deEquipos eléctricos que utilizan un campo magnético, como motores, generadores y transformadores. También se requiere suministrar las pérdidas reactivas en las líneas aéreas de transmisión de energía.

La relación de los tres elementos del poder,La potencia activa, (vatios) potencia aparente, (VA) y potencia reactiva, (VAr) en un circuito de CA puede representarse por los tres lados del triángulo rectángulo. Esta representación se llama Triángulo de potencia como se muestra:

Potencia en un circuito de corriente alterna

triángulo de potencia reactiva

Desde el triángulo de potencia anterior podemos ver que ACLos circuitos suministran o consumen dos tipos de energía: potencia activa y potencia reactiva. Además, la potencia activa nunca es negativa, mientras que la potencia reactiva puede tener un valor positivo o negativo, por lo que siempre es ventajoso reducir la potencia reactiva para mejorar la eficiencia del sistema.

La principal ventaja de usar energía eléctrica ACla distribución es que el nivel de voltaje de suministro se puede cambiar utilizando transformadores, pero los transformadores y motores de inducción de los aparatos electrodomésticos, acondicionadores de aire y equipos industriales consumen energía reactiva que ocupa espacio en las líneas de transmisión, ya que se requieren conductores y transformadores más grandes para manejar los más grandes. corrientes por las que hay que pagar.

analogía de potencia reactiva
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Analogía de potencia reactiva
Usando una pinta de cerveza

En muchos sentidos, se puede pensar en el poder reactivoComo la cabeza de espuma en una pinta o un vaso de cerveza. Usted le paga al barman por un vaso lleno de cerveza, pero solo bebe la cerveza líquida que, en muchas ocasiones, siempre es menos que un vaso lleno.

Esto se debe a que la cabeza (o espuma) de la cerveza.ocupa más espacio desperdiciado en el vidrio y deja menos espacio para la verdadera cerveza líquida que consume, y la misma idea es cierta en muchos aspectos para la potencia reactiva.

Pero para muchas aplicaciones industriales de energía,La potencia reactiva suele ser útil para que tenga un circuito eléctrico. Mientras que la potencia real o activa es la energía suministrada para hacer funcionar un motor, calentar una casa o encender una bombilla eléctrica, la potencia reactiva proporciona la importante función de regular el voltaje, lo que ayuda a mover la energía de manera efectiva a través de la red eléctrica y las líneas de transmisión. Donde sea requerido por la carga.

Al tiempo que reduce la potencia reactiva para ayudar a mejorar laEl factor de potencia y la eficiencia del sistema son una buena cosa, una de las desventajas de la potencia reactiva es que se requiere una cantidad suficiente para controlar el voltaje y superar las pérdidas en una red de transmisión. Esto se debe a que si el voltaje de la red eléctrica no es lo suficientemente alto, no se puede suministrar energía activa. Pero tener demasiada potencia reactiva fluyendo alrededor de la red puede causar un exceso de calentamiento (I2* Pérdidas de R) y caídas de voltaje indeseables y pérdida de potencia a lo largo de las líneas de transmisión.

Corrección del factor de potencia de la potencia reactiva

Una forma de evitar las cargas de potencia reactiva, esInstale condensadores de corrección del factor de potencia. Normalmente, a los clientes residenciales solo se les cobra por la energía activa consumida en kilovatios-hora (kWhr) porque casi todos los valores de factor de potencia residenciales y monofásicos son esencialmente los mismos debido a que el fabricante incorporó los condensadores de corrección del factor de potencia en la mayoría de los aparatos domésticos.

Los clientes industriales, por otra parte, queLos suministros trifásicos tienen factores de potencia muy diferentes, y por esta razón, la compañía eléctrica puede tener que tomar en cuenta los factores de energía de estos clientes industriales pagando una multa si su factor de energía cae por debajo de un valor prescrito porque les cuesta a las empresas de servicios públicos. más para abastecer a los clientes industriales, ya que se requieren conductores más grandes, transformadores más grandes, equipos de distribución más grandes, etc., para manejar las corrientes más grandes.

Generalmente, para una carga con un factor de potencia menor.de 0.95 se requiere más potencia reactiva. Para una carga con un valor de factor de potencia superior a 0.95 se considera buena, ya que la potencia se consume con mayor eficacia y una carga con un factor de potencia de 1.0 o unidad se considera perfecta y no utiliza ninguna potencia reactiva.

Entonces hemos visto que el "poder aparente" es uncombinación de "potencia reactiva" y "potencia activa". La potencia activa o real es el resultado de un circuito que contiene solo componentes resistivos, mientras que la potencia reactiva resulta de un circuito que contiene componentes capacitivos e inductivos. Casi todos los circuitos de CA contendrán una combinación de estos componentes R, L y C.

Dado que la potencia reactiva quita lo activopotencia, debe considerarse en un sistema eléctrico para garantizar que la potencia aparente suministrada sea suficiente para suministrar la carga. Este es un aspecto crítico para comprender las fuentes de alimentación de CA, ya que la fuente de alimentación debe ser capaz de suministrar la potencia de voltios-amperios (VA) necesaria para cualquier carga dada.

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