Factor de potencia y ecuaciones de corrección.
La potencia real, la potencia reactiva y la potencia aparente forman un triángulo de potencia rectángulo. El factor de potencia es la relación entre la potencia real y la potencia aparente. La corrección suministra parte de la potencia reactiva localmente para reducir la corriente de la fuente.
PF = P / S = cos φφ1 = cos⁻¹(PF1), φ2 = cos⁻¹(PF2)I = P / (√3 × V × PF)donde:
- P
- Potencia activa de la carga.[kW]
- Q
- Potencia reactiva de la carga.[kvar]
- S
- Potencia aparente suministrada a la carga.[kVA]
- PF
- Factor de potencia, igual a la potencia real dividida por la potencia aparente
- Qc
- Potencia reactiva capacitiva requerida[kvar]
- PF1
- Factor de potencia existente
- PF2
- Factor de potencia objetivo
- φ
- Ángulo de fase correspondiente al factor de potencia.
- I
- Corriente de línea CA[A]
El resultado del triángulo de potencia describe un punto de operación. Un banco de corrección real necesita pasos prácticos, control de conmutación, evaluación de armónicos, margen de voltaje, descarga y diseño térmico.
Cómo calcular el factor de potencia
Elija el par de valores disponibles de un medidor, placa de identificación o estudio de carga. La calculadora completa el triángulo de potencia e informa el factor de potencia, el ángulo de fase, la potencia real, la potencia reactiva, la potencia aparente y la corriente de línea.
- Seleccione CA monofásica o trifásica.
- Elija la combinación de valor conocido.
- Introduzca dos cantidades de potencia o las lecturas del medidor.
- Revise el PF y el ángulo de fase.
- Utilice el modo de corrección sólo cuando se requiera una estimación del banco de condensadores.
Potencia real, reactiva y aparente.
La potencia real P en kW realiza un trabajo útil. La potencia reactiva Q en kvar soporta campos eléctricos y magnéticos alternos. La potencia aparente S en kVA es la carga de tensión-corriente RMS vista por cables, transformadores y aparamenta. Estas cantidades satisfacen S² = P² + Q² para el modelo de potencia de desplazamiento sinusoidal.
PF = P / S = cos φ
S² = P² + Q²
Ejemplo de cálculo del factor de potencia
Una carga que utiliza 100 kW a 125 kVA tiene un factor de potencia de 0,80. La potencia reactiva correspondiente es de 75 kvar y el ángulo de fase es de aproximadamente 36,87°. En un suministro trifásico equilibrado de 400 V, 125 kVA corresponden aproximadamente a 180 A de corriente de línea.
FP = 100 kW / 125 kVA = 0,80
Q = √(125² − 100²) = 75kvar
Yo = 125.000 / (√3 × 400) ≈ 180 A
Corriente de línea monofásica y trifásica
Para CA monofásica, la potencia aparente es el voltaje multiplicado por la corriente. Para CA trifásica balanceada, use voltaje de línea a línea y el factor √3. El factor de potencia es necesario cuando se calcula la corriente a partir de la potencia real, pero no cuando ya se conoce la potencia aparente en kVA.
Monofásico: I = P / (V × PF)
Trifásico: I = P / (√3 × VLL × PF)
Trifásico desde kVA: I = S × 1000 / (√3 × VLL)
Cómo calcular los kvar del condensador
Ingrese la potencia activa, el factor de potencia existente, el factor de potencia objetivo, el voltaje y la fase. La calculadora convierte cada factor de potencia a su ángulo de fase y resta el requisito de potencia reactiva objetivo del requisito existente.
- Mida u obtenga kW reales y factor de potencia.
- Elija un objetivo justificado.
- Calcule los kvar requeridos.
- Compare la corrección actual antes y después.
- Diseñar pasos prácticos de conmutación y protección armónica.
Ejemplo de corrección del factor de potencia
Para una carga de 100 kW que mejora el factor de potencia de 0,75 a 0,95, la compensación matemática es de aproximadamente 55 kvar. El banco final puede utilizar varias etapas conmutadas de modo que la corrección siga la carga cambiante.
Qc = 100 × [tan(cos⁻¹ 0,75) - tan(cos⁻¹ 0,95)]
Qc ≈ 55kvar
¿Por qué la corriente de línea disminuye?
Con los kW útiles mantenidos constantes, el factor de potencia mejorado reduce los kVA. Una potencia aparente más baja reduce la corriente de línea, la pérdida del conductor, la caída de voltaje y la carga del transformador, pero no reduce la potencia de salida mecánica requerida por la carga.
Factor de potencia de desplazamiento y factor de potencia real.
La relación simple PF = cos φ se aplica directamente al voltaje y la corriente sinusoidales y describe el factor de potencia de desplazamiento. Las cargas no lineales introducen distorsión, por lo que un medidor puede informar un factor de potencia real más bajo incluso cuando el factor de potencia de desplazamiento es alto. Utilice kW medidos y kVA RMS verdaderos cuando los armónicos sean significativos.
Armónicos y diseño de batería de capacitores.
Los VFD, los sistemas UPS, los soldadores, los rectificadores y las cargas no lineales pueden crear resonancia armónica y exceso de corriente en el capacitor. Mida condiciones armónicas y evalúe reactores desafinados, filtros, margen de voltaje de capacitores, contactores de servicio de capacitores, resistencias de descarga, ventilación y configuraciones de controladores automáticos.
Supuestos
- Carga de CA equilibrada en estado estable
- El análisis del triángulo de potencia representa un modelo de potencia de desplazamiento sinusoidal
- La potencia activa permanece constante después de la corrección.
- Los pasos de condensadores y la resonancia armónica no están modelados.
Advertencias importantes
- No elevar el objetivo por encima de los requisitos de la empresa de servicios públicos o del proyecto; la sobrecorrección puede crear un factor de potencia adelantado y sobretensión.
- Los sitios con VFD, sistemas UPS, rectificadores o armónicos significativos requieren medición de armónicos y revisión del banco de capacitores desafinados o filtrados.