Métodos de mejora del factor de potencia con sus ventajas y desventajas

Métodos para mejorar el factor de potencia

Los siguientes dispositivos y equipos se utilizan para la mejora del factor de potencia.

1. Condensador estático
2. Condensador síncrono
3. Avance de fase

1. Condensador estático

Sabemos que la mayoría de las industrias y las cargas del sistema de energía son inductivas que toman una corriente atrasada que disminuye el factor de potencia del sistema (ver Desventajas del bajo factor de potencia). Para mejorar el factor de potencia, los condensadores estáticos se conectan en paralelo con los dispositivos que funcionan con un factor de potencia bajo.

Estos condensadores estáticos proporcionan una corriente principal que neutraliza (total o aproximadamente) el componente inductivo atrasado de la corriente de carga (es decir, el componente principal neutraliza o elimina el componente atrasado de la corriente de carga), por lo que se mejora el factor de potencia del circuito de carga.

Estos condensadores se instalan en las proximidades de una gran carga inductiva, por ejemplo, motores y transformadores de inducción, etc., y mejoran el factor de potencia del circuito de carga para mejorar la eficiencia del sistema o de los dispositivos.

Supongamos que aquí hay una carga inductiva monofásica que recibe una corriente en atraso (I) y el factor de potencia de la carga es Cosθ, como se muestra en la figura 1.

En la figura 2, se ha conectado un condensador (C) en paralelo con la carga. Ahora fluye una corriente (Ic) a través del condensador que conduce a 90 ° del voltaje de suministro (tenga en cuenta que el capacitor proporciona corriente principal, es decir, en un circuito capacitivo puro, la corriente conduce a 90 ° del voltaje de suministro, en otras palabras, el voltaje es de 90 ° rezagado de Actual). La corriente de carga es (I). La combinación de vectores de (I) y (Ic) es (I') que está rezagada del voltaje en θ2 como se muestra en la figura 3.

Se puede ver en la figura 3 que el ángulo de θ2 <θ1, es decir, el ángulo de θ2 es menor que el ángulo de θ2. Por lo tanto, Cosθ2 es menor que de Cosθ1 (Cosθ2> Cosθ1). Por lo tanto, el condensador mejora el factor de potencia de la carga.

También tenga en cuenta que después de la mejora del factor de potencia, la corriente del circuito sería menor que la corriente del circuito de bajo factor de potencia. Además, antes y después de la mejora del factor de potencia, el componente activo de la corriente sería el mismo en ese circuito porque el capacitor elimina solo el componente reactivo de la corriente. Además, la potencia activa (en vatios) sería la misma antes y después de la mejora del factor de potencia.

Ventajas:

• El banco de capacitores ofrece varias ventajas sobre otros métodos de mejora del factor de potencia.
• Las pérdidas son bajas en condensadores estáticos
• No hay ninguna pieza móvil, por lo que necesita poco mantenimiento
• Puede funcionar en condiciones normales (es decir, condiciones atmosféricas ordinarias)
• No requiere una base para la instalación
• Son livianos, por lo que pueden ser fáciles de instalar

Desventajas:

• La antigüedad del banco de capacitores estáticos es menor (8 a 10 años)
• Con el cambio de carga, tenemos que ENCENDER o APAGAR el banco de condensadores, lo que provoca sobretensiones de conmutación en el sistema
• Si el voltaje nominal aumenta, entonces lo daña
• Una vez que los condensadores se estropean, la reparación es costosa

2. Condensador síncrono

Cuando un motor síncrono funciona sin carga y tiene una salida excesiva, se denomina condensador síncrono. Cada vez que un motor síncrono tiene una salida excesiva, proporciona corriente principal y funciona como un condensador.

Cuando un condensador síncrono se conecta a través de la tensión de alimentación (en paralelo), consume corriente principal y elimina parcialmente el componente reactivo y, de esta manera, se mejora el factor de potencia. Generalmente, el condensador síncrono se usa para mejorar el factor de potencia en grandes industrias.

Ventajas:

• Larga vida (casi 25 años)
• Alta confiabilidad
• Ajuste continuo del factor de potencia.
• Sin generación de armónicos de mantenimiento 
• Las fallas se pueden eliminar fácilmente
• No se ve afectado por los armónicos.
• Requiere poco mantenimiento (solo es necesario engrasar periódicamente los cojinetes)

Desventajas:

• Es costoso (el costo de mantenimiento también es alto) y, por lo tanto, lo utilizan principalmente los grandes usuarios avanzados.
• Se debe utilizar un dispositivo auxiliar para esta operación porque el motor síncrono no tiene par de arranque automático
• Produce ruido

3. Avance de fase

El avance de fase es un excitador de CA simple que está conectado en el eje principal del motor y funciona con el circuito del rotor del motor para mejorar el factor de potencia. El avance de fase se utiliza para mejorar el factor de potencia del motor de inducción en las industrias.

Como los devanados del estator del motor de inducción desfasan 90° la corriente de retraso con respecto al voltaje, el factor de potencia del motor de inducción es bajo. Si los amperios-vueltas de excitación son excitados por una fuente de CA externa, entonces no habría ningún efecto de la corriente de excitación en los devanados del estator. Por lo tanto, se mejorará el factor de potencia del motor de inducción. Este proceso lo realiza Phase advancer.

Ventajas:

• El kVAR retrasado (componente reactivo de la potencia o potencia reactiva) consumido por el motor se reduce lo suficiente porque los giros de amperios de excitación se suministran a la frecuencia de deslizamiento (fs).
• El avance de fase se puede usar fácilmente donde el uso de motores síncronos es inaceptable

Desventaja:

• Usar Phase advancer no es económico para motores por debajo de 200 H.P. (alrededor de 150kW)

Mejora del factor de potencia en conexiones estrella y triángulo monofásicas y trifásicas

Mejora del factor de potencia en un sistema trifásico mediante la conexión de un banco de condensadores en (1). Conexión delta(2). conexión estelar)

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