Factor de potencia

Relación entre potencia activa y potencia aparente

En ingeniería eléctrica , el factor de potencia de un sistema de alimentación de CA se define como la relación entre la potencia real absorbida por la carga y la potencia aparente que fluye en el circuito. La potencia real es el promedio del producto instantáneo de la tensión y la corriente y representa la capacidad de la electricidad para realizar un trabajo. La potencia aparente es el producto de la corriente y la tensión en valor eficaz (RMS). Debido a la energía almacenada en la carga y devuelta a la fuente, o debido a una carga no lineal que distorsiona la forma de onda de la corriente extraída de la fuente, la potencia aparente puede ser mayor que la potencia real, por lo que fluye más corriente en el circuito de la que se requeriría para transferir la potencia real sola. Una magnitud del factor de potencia inferior a uno indica que la tensión y la corriente no están en fase, lo que reduce el producto medio de los dos. Un factor de potencia negativo se produce cuando el dispositivo (normalmente la carga) genera potencia real, que luego fluye de vuelta hacia la fuente.

En un sistema de energía eléctrica, una carga con un factor de potencia bajo consume más corriente que una carga con un factor de potencia alto para la misma cantidad de energía útil transferida. Las corrientes más altas aumentan la energía perdida en el sistema de distribución y requieren cables y otros equipos más grandes. Debido a los costos de los equipos más grandes y la energía desperdiciada, las compañías eléctricas generalmente cobran un costo más alto a los clientes industriales o comerciales con un factor de potencia bajo.

La corrección del factor de potencia aumenta el factor de potencia de una carga, mejorando la eficiencia del sistema de distribución al que está conectada. Las cargas lineales con un factor de potencia bajo (como los motores de inducción ) se pueden corregir con una red pasiva de condensadores o inductores . Las cargas no lineales, como los rectificadores , distorsionan la corriente extraída del sistema. En tales casos, se puede utilizar la corrección del factor de potencia activa o pasiva para contrarrestar la distorsión y aumentar el factor de potencia. Los dispositivos para la corrección del factor de potencia pueden estar en una subestación central , repartidos por un sistema de distribución o integrados en equipos que consumen energía.

Circuitos lineales

Flujo de potencia calculado a partir de la corriente y el voltaje de CA que ingresan a una carga que tiene un factor de potencia cero ( ϕ  = 90°, cos( ϕ ) = 0). La línea azul muestra la potencia instantánea que ingresa a la carga: toda la energía recibida durante el primer (o tercer) cuarto de ciclo se devuelve a la red durante el segundo (o cuarto) cuarto de ciclo, lo que da como resultado un flujo de potencia promedio (línea azul claro) de cero.

Potencia instantánea y media calculada a partir de la tensión y la corriente alternas para una carga con un factor de potencia en retraso ( ϕ  = 45°, cos( ϕ ) ≈ 0,71). La línea azul (potencia instantánea) muestra que una parte de la energía recibida por la carga se devuelve a la red durante la parte del ciclo denominada ϕ .

En un circuito lineal , que consta de combinaciones de resistencias, inductores y condensadores, el flujo de corriente tiene una respuesta sinusoidal al voltaje de línea sinusoidal. ^[1] Una carga lineal no cambia la forma de la onda de entrada, pero puede cambiar la sincronización relativa (fase) entre el voltaje y la corriente, debido a su inductancia o capacitancia.

En un circuito de CA puramente resistivo, las formas de onda de voltaje y corriente están en sincronía (o en fase ), cambiando la polaridad en el mismo instante en cada ciclo. Toda la potencia que ingresa a la carga se consume (o se disipa).

Cuando hay cargas reactivas , como en el caso de los condensadores o inductores , el almacenamiento de energía en las cargas da como resultado una diferencia de fase entre las formas de onda de corriente y voltaje. Durante cada ciclo de voltaje de CA, la energía adicional, además de cualquier energía consumida en la carga, se almacena temporalmente en la carga en campos eléctricos o magnéticos y luego se devuelve a la red eléctrica una fracción del período después.

Los circuitos eléctricos que contienen cargas predominantemente resistivas ( lámparas incandescentes , dispositivos que utilizan elementos de calentamiento como tostadoras y hornos eléctricos ) tienen un factor de potencia de casi 1, pero los circuitos que contienen cargas inductivas o capacitivas (motores eléctricos, válvulas solenoides , transformadores, balastos de lámparas fluorescentes y otros) pueden tener un factor de potencia muy por debajo de 1.

Un circuito con un factor de potencia bajo utilizará una mayor cantidad de corriente para transferir una cantidad dada de potencia real que un circuito con un factor de potencia alto, lo que provoca mayores pérdidas debido al calentamiento resistivo en las líneas eléctricas y requiere el uso de conductores y transformadores de mayor capacidad.

Definición y cálculo

La alimentación de CA tiene dos componentes:

• Potencia real o potencia activa ( ) (a veces llamada potencia media ^[2] ), expresada en vatios (W) ${\displaystyle P}$
• Potencia reactiva ( ), generalmente expresada en voltios-amperios reactivos (var) ^[3] ${\displaystyle Q}$

Juntos forman la potencia compleja ( ) expresada en voltamperios (VA). La magnitud de la potencia compleja es la potencia aparente ( ), también expresada en voltamperios (VA). ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle |S|}$

El VA y el var son unidades no pertenecientes al SI que tienen dimensiones similares al vatio, pero se utilizan en la práctica de la ingeniería en lugar del vatio para indicar qué cantidad se está expresando. El SI prohíbe explícitamente el uso de unidades para este propósito o como la única fuente de información sobre una cantidad física tal como se utiliza. ^[4]

El factor de potencia se define como la relación entre la potencia real y la potencia aparente. A medida que la potencia se transfiere a lo largo de una línea de transmisión, no consiste únicamente en potencia real que puede realizar trabajo una vez transferida a la carga, sino que consiste en una combinación de potencia real y reactiva, llamada potencia aparente. El factor de potencia describe la cantidad de potencia real transmitida a lo largo de una línea de transmisión en relación con la potencia aparente total que fluye en la línea. ^{[5] [6]}

El factor de potencia también se puede calcular como el coseno del ángulo θ por el cual la forma de onda de la corriente se retrasa o adelanta respecto de la forma de onda del voltaje. ^[7]

Triángulo de potencia

Se pueden relacionar los distintos componentes de la potencia de CA utilizando el triángulo de potencia en el espacio vectorial. La potencia real se extiende horizontalmente en el eje real y la potencia reactiva se extiende en la dirección del eje imaginario. La potencia compleja (y su magnitud, la potencia aparente) representa una combinación tanto de la potencia real como de la reactiva y, por lo tanto, se puede calcular utilizando la suma vectorial de estos dos componentes. Podemos concluir que la relación matemática entre estos componentes es:

${\displaystyle {\begin{aligned}S&=P+jQ\\|S|&={\sqrt {P^{2}+Q^{2}}}\\{\text{pf}}&=\cos {\theta }={\frac {P}{|S|}}=\cos {\left(\arctan {\left({\frac {Q}{P}}\right)}\right)}\\Q&=P\,\tan(\arccos({\text{pf}}))\end{aligned}}}$

A medida que el ángulo θ aumenta con una potencia aparente total fija, la corriente y el voltaje se desfasan cada vez más entre sí. La potencia real disminuye y la potencia reactiva aumenta.

Factores de potencia rezagados, adelantados y unitarios

El factor de potencia se describe como adelantado si la forma de onda de la corriente está adelantada en fase con respecto al voltaje, o retrasado cuando la forma de onda de la corriente está retrasada con respecto a la forma de onda del voltaje. Un factor de potencia retrasado significa que la carga es inductiva, ya que la carga consumirá potencia reactiva. El componente reactivo es positivo, ya que la potencia reactiva viaja a través del circuito y es consumida por la carga inductiva. Un factor de potencia adelantado significa que la carga es capacitiva, ya que la carga suministra potencia reactiva y, por lo tanto, el componente reactivo es negativo, ya que se suministra potencia reactiva al circuito. ${\displaystyle Q}$ ${\displaystyle Q}$

Si θ es el ángulo de fase entre la corriente y el voltaje, entonces el factor de potencia es igual al coseno del ángulo ,: ${\displaystyle \cos \theta }$

${\displaystyle |P|=|S|\cos \theta }$

Dado que las unidades son consistentes, el factor de potencia es por definición un número adimensional entre -1 y 1. Cuando el factor de potencia es igual a 0, el flujo de energía es completamente reactivo y la energía almacenada en la carga regresa a la fuente en cada ciclo. Cuando el factor de potencia es 1, denominado factor de potencia unitario , toda la energía suministrada por la fuente es consumida por la carga. Los factores de potencia suelen expresarse como adelantados o retrasados ​​para mostrar el signo del ángulo de fase. Las cargas capacitivas son adelantadas (la corriente se adelanta al voltaje) y las cargas inductivas son retrasadas (la corriente se retrasa al voltaje).

Si se conecta una carga puramente resistiva a una fuente de alimentación, la corriente y el voltaje cambiarán de polaridad en forma escalonada, el factor de potencia será 1 y la energía eléctrica fluirá en una sola dirección a través de la red en cada ciclo. Las cargas inductivas, como los motores de inducción (cualquier tipo de bobina bobinada), consumen potencia reactiva con la forma de onda de la corriente retrasada respecto del voltaje. Las cargas capacitivas, como los bancos de condensadores o los cables enterrados, generan potencia reactiva con la fase de la corriente adelantada respecto del voltaje. Ambos tipos de cargas absorberán energía durante parte del ciclo de CA, que se almacena en el campo magnético o eléctrico del dispositivo, solo para devolver esta energía a la fuente durante el resto del ciclo.

Por ejemplo, para obtener 1 kW de potencia real, si el factor de potencia es la unidad, se necesita transferir 1 kVA de potencia aparente (1 kW ÷ 1 = 1 kVA). Con valores bajos de factor de potencia, se necesita transferir más potencia aparente para obtener la misma potencia real. Para obtener 1 kW de potencia real con un factor de potencia de 0,2, se necesitan transferir 5 kVA de potencia aparente (1 kW ÷ 0,2 = 5 kVA). Esta potencia aparente debe producirse y transmitirse a la carga y está sujeta a pérdidas en los procesos de producción y transmisión.

Las cargas eléctricas que consumen corriente alterna consumen tanto potencia real como potencia reactiva. La suma vectorial de la potencia real y reactiva es la potencia compleja, y su magnitud es la potencia aparente. La presencia de potencia reactiva hace que la potencia real sea menor que la potencia aparente y, por lo tanto, la carga eléctrica tiene un factor de potencia menor que 1.

Un factor de potencia negativo (0 a -1) puede resultar de la devolución de potencia activa a la fuente, como en el caso de un edificio equipado con paneles solares cuando la energía excedente se devuelve a la fuente. ^{[8] [9] [10]}

Corrección del factor de potencia de cargas lineales

Corrección del factor de potencia de la carga lineal

En general, es deseable que un sistema de suministro de energía cuente con un factor de potencia alto para reducir las pérdidas y mejorar la regulación de voltaje en la carga. Los elementos de compensación cerca de una carga eléctrica reducirán la demanda de potencia aparente en el sistema de suministro. Una empresa de transmisión de energía eléctrica puede aplicar la corrección del factor de potencia para mejorar la estabilidad y la eficiencia de la red. Los clientes eléctricos individuales a quienes su empresa de servicios públicos les cobra por un factor de potencia bajo pueden instalar equipos de corrección para aumentar su factor de potencia y reducir costos.

La corrección del factor de potencia acerca el factor de potencia de un circuito de alimentación de CA a 1 al suministrar o absorber potencia reactiva, agregando condensadores o inductores que actúan para cancelar los efectos inductivos o capacitivos de la carga, respectivamente. En el caso de compensar el efecto inductivo de las cargas del motor, se pueden conectar condensadores localmente. Estos condensadores ayudan a generar potencia reactiva para satisfacer la demanda de las cargas inductivas. Esto evitará que esa potencia reactiva tenga que fluir desde el generador de la red eléctrica hasta la carga. En la industria eléctrica, se dice que los inductores consumen potencia reactiva y los condensadores la suministran, aunque la potencia reactiva es simplemente energía que se mueve de ida y vuelta en cada ciclo de CA.

Los elementos reactivos de los dispositivos de corrección del factor de potencia pueden crear fluctuaciones de tensión y ruido armónico cuando se encienden o se apagan. Suministrarán o absorberán potencia reactiva independientemente de si hay una carga correspondiente funcionando cerca, lo que aumenta las pérdidas sin carga del sistema. En el peor de los casos, los elementos reactivos pueden interactuar con el sistema y entre sí para crear condiciones resonantes, lo que da como resultado inestabilidad del sistema y graves fluctuaciones de sobretensión . Por lo tanto, los elementos reactivos no se pueden aplicar simplemente sin un análisis de ingeniería.

1. Relé de control de potencia reactiva ; 2. Puntos de conexión a la red; 3. Fusibles de acción retardada ; 4. Contactores limitadores de corriente de entrada ; 5. Condensadores (unidades monofásicas o trifásicas, conexión en delta); 6. Transformador (para controles y ventiladores)

Una unidad de corrección automática del factor de potencia consta de algunos condensadores que se conmutan mediante contactores . Estos contactores están controlados por un regulador que mide el factor de potencia en una red eléctrica. Dependiendo de la carga y el factor de potencia de la red, el controlador del factor de potencia conmutará los bloques de condensadores necesarios en pasos para asegurarse de que el factor de potencia se mantenga por encima de un valor seleccionado.

En lugar de un conjunto de condensadores conmutados , un motor síncrono sin carga puede suministrar potencia reactiva. La potencia reactiva que consume el motor síncrono es una función de su excitación de campo. Se lo denomina condensador síncrono . Se pone en marcha y se conecta a la red eléctrica . Funciona con un factor de potencia adelantado y coloca vars en la red según sea necesario para soportar el voltaje de un sistema o para mantener el factor de potencia del sistema en un nivel específico.

La instalación y el funcionamiento del condensador síncrono son idénticos a los de los grandes motores eléctricos . Su principal ventaja es la facilidad con la que se puede ajustar la cantidad de corrección; se comporta como un condensador variable. A diferencia de los condensadores, la cantidad de potencia reactiva suministrada es proporcional a la tensión, no al cuadrado de la tensión; esto mejora la estabilidad de la tensión en redes grandes. Los condensadores síncronos se utilizan a menudo en relación con proyectos de transmisión de corriente continua de alto voltaje o en grandes plantas industriales como las acerías .

Para la corrección del factor de potencia de sistemas de alta tensión o de cargas industriales grandes y fluctuantes, se utilizan cada vez más dispositivos electrónicos de potencia como el compensador estático VAR o STATCOM . Estos sistemas son capaces de compensar cambios repentinos del factor de potencia mucho más rápidamente que los bancos de condensadores conmutados por contactores y, al ser de estado sólido, requieren menos mantenimiento que los condensadores síncronos.

Cargas no lineales

Ejemplos de cargas no lineales en un sistema de energía son los rectificadores (como los que se usan en una fuente de alimentación) y los dispositivos de descarga de arco como las lámparas fluorescentes , las máquinas de soldar eléctricas o los hornos de arco . Debido a que la corriente en estos sistemas se interrumpe mediante una acción de conmutación, la corriente contiene componentes de frecuencia que son múltiplos de la frecuencia del sistema de energía. El factor de potencia de distorsión es una medida de cuánto disminuye la distorsión armónica de una corriente de carga la potencia promedio transferida a la carga.

El voltaje sinusoidal y la corriente no sinusoidal dan un factor de potencia de distorsión de 0,75 para esta carga de fuente de alimentación de computadora.

Componentes no sinusoidales

En circuitos lineales que tienen solo corrientes sinusoidales y voltajes de una frecuencia, el factor de potencia surge solo de la diferencia de fase entre la corriente y el voltaje. Este es el factor de potencia de desplazamiento . ^[11]

Las cargas no lineales cambian la forma de la onda de corriente de una onda sinusoidal a otra forma. Las cargas no lineales crean corrientes armónicas además de la corriente alterna original (frecuencia fundamental). Esto es importante en sistemas de energía prácticos que contienen cargas no lineales , como rectificadores , algunas formas de iluminación eléctrica, hornos de arco eléctrico , equipos de soldadura, fuentes de alimentación de modo conmutado , variadores de velocidad y otros dispositivos. Los filtros que consisten en capacitores e inductores lineales pueden evitar que las corrientes armónicas ingresen al sistema de suministro.

Para medir la potencia real o potencia reactiva se debe utilizar un vatímetro diseñado para funcionar correctamente con corrientes no sinusoidales.

Factor de potencia de distorsión

El factor de potencia de distorsión es el componente de distorsión asociado con los voltajes y corrientes armónicas presentes en el sistema.

${\displaystyle {\begin{aligned}{\mbox{distortion power factor}}&={\frac {I_{1}}{I_{rms}}}\\&={\frac {I_{1}}{\sqrt {I_{1}^{2}+I_{2}^{2}+I_{3}^{2}+I_{4}^{2}+\cdots }}}\\&={\frac {1}{\sqrt {1+{\frac {I_{2}^{2}+I_{3}^{2}+I_{4}^{2}+\cdots }{I_{1}^{2}}}}}}\\&={\frac {1}{\sqrt {1+THD_{i}^{2}}}}\\\end{aligned}}}$

${\displaystyle {\mbox{THD}}_{i}}$es la distorsión armónica total de la corriente de carga.

${\displaystyle THD_{i}={\frac {\sqrt {\displaystyle \sum _{h=2}^{\infty }I_{h}^{2}}}{I_{1}}}={\frac {\sqrt {I_{2}^{2}+I_{3}^{2}+I_{4}^{2}+\cdots }}{I_{1}}}}$

${\displaystyle I_{1}}$es el componente fundamental de la corriente, es la corriente total y es la corriente en el armónico h ^{-ésimo ; todos son valores} de raíz cuadrada media (el factor de potencia de distorsión también se puede utilizar para describir armónicos de orden individual, utilizando la corriente correspondiente en lugar de la corriente total). Esta definición con respecto a la distorsión armónica total supone que el voltaje permanece sin distorsión (sinusoidal, sin armónicos). Esta simplificación es a menudo una buena aproximación para fuentes de voltaje rígido (que no se ven afectadas por cambios en la carga aguas abajo en la red de distribución). La distorsión armónica total de generadores típicos a partir de la distorsión de corriente en la red es del orden del 1-2%, lo que puede tener implicaciones a mayor escala pero se puede ignorar en la práctica común. ^[12] ${\displaystyle I_{rms}}$ ${\displaystyle I_{h}}$

El resultado cuando se multiplica por el factor de potencia de desplazamiento es el factor de potencia total, real o simplemente factor de potencia (PF):

${\displaystyle {\mbox{PF}}={\frac {\cos {\varphi }}{\sqrt {1+THD_{i}^{2}}}}}$

Distorsión en redes trifásicas

En la práctica, los efectos locales de la corriente de distorsión en los dispositivos de una red de distribución trifásica dependen de la magnitud de ciertos armónicos de orden más que de la distorsión armónica total.

Por ejemplo, los armónicos triplen o de secuencia cero (3.º, 9.º, 15.º, etc.) tienen la propiedad de estar en fase en comparación con los de línea a línea. En un transformador delta-estrella , estos armónicos pueden generar corrientes circulantes en los devanados delta y generar un mayor calentamiento resistivo . En una configuración en estrella de un transformador, los armónicos triplen no crearán estas corrientes, pero generarán una corriente distinta de cero en el cable neutro . Esto podría sobrecargar el cable neutro en algunos casos y crear errores en los sistemas de medición de kilovatios-hora y en los ingresos por facturación. ^{[13] [14]} La presencia de armónicos de corriente en un transformador también genera corrientes parásitas más grandes en el núcleo magnético del transformador. Las pérdidas por corrientes parásitas generalmente aumentan con el cuadrado de la frecuencia, lo que reduce la eficiencia del transformador, disipa calor adicional y reduce su vida útil. ^[15]

Los armónicos de secuencia negativa (5.º, 11.º, 17.º, etc.) se combinan con un desfase de 120 grados, de manera similar al armónico fundamental, pero en una secuencia invertida. En generadores y motores, estas corrientes producen campos magnéticos que se oponen a la rotación del eje y, a veces, dan lugar a vibraciones mecánicas dañinas. ^[16]

Corrección del factor de potencia (PFC) en cargas no lineales

PFC pasivo

La forma más sencilla de controlar la corriente armónica es utilizar un filtro que deje pasar la corriente solo a la frecuencia de línea (50 o 60 Hz). El filtro está formado por condensadores o inductores y hace que un dispositivo no lineal parezca más una carga lineal . Un ejemplo de PFC pasivo es un circuito de relleno de valles .

Una desventaja del PFC pasivo es que requiere inductores o capacitores más grandes que un circuito PFC activo de potencia equivalente. ^{[17] [18] [19]} Además, en la práctica, el PFC pasivo suele ser menos efectivo para mejorar el factor de potencia. ^{[20] [21] [22] [23] [24]}

PFC activo

Especificaciones tomadas del embalaje de una fuente de alimentación para PC de 610 W que muestra la clasificación PFC activa

El PFC activo es el uso de la electrónica de potencia para cambiar la forma de onda de la corriente consumida por una carga para mejorar el factor de potencia. ^[25] Algunos tipos de PFC activo son buck , boost , buck-boost y condensador síncrono . La corrección del factor de potencia activa puede ser de una sola etapa o de varias etapas.

En el caso de una fuente de alimentación conmutada, se inserta un convertidor elevador entre el rectificador de puente y los condensadores de entrada principales. El convertidor elevador intenta mantener un voltaje constante en su salida mientras consume una corriente que siempre está en fase y a la misma frecuencia que el voltaje de línea. Otro convertidor conmutado dentro de la fuente de alimentación produce el voltaje de salida deseado desde el bus de CC. Este enfoque requiere interruptores semiconductores y electrónica de control adicionales, pero permite componentes pasivos más económicos y más pequeños. Se utiliza con frecuencia en la práctica.

Para una fuente de alimentación conmutada trifásica, se puede utilizar la configuración del rectificador de Viena para mejorar sustancialmente el factor de potencia.

Las SMPS con PFC pasivo pueden alcanzar un factor de potencia de aproximadamente 0,7 a 0,75, las SMPS con PFC activo, hasta un factor de potencia de 0,99, mientras que una SMPS sin ninguna corrección del factor de potencia tiene un factor de potencia de solo aproximadamente 0,55 a 0,65. ^[26]

Gracias a su amplio rango de voltaje de entrada, muchas fuentes de alimentación con PFC activo pueden ajustarse automáticamente para funcionar con corriente alterna de aproximadamente 100 V (Japón) a 240 V (Europa). Esta característica es especialmente útil en las fuentes de alimentación para computadoras portátiles.

PFC dinámico

La corrección dinámica del factor de potencia (DPFC), a veces denominada corrección del factor de potencia en tiempo real, se utiliza para la estabilización eléctrica en casos de cambios rápidos de carga (por ejemplo, en grandes plantas de fabricación). La DPFC es útil cuando la corrección estándar del factor de potencia causaría una corrección excesiva o insuficiente. ^[27] La ​​DPFC utiliza interruptores semiconductores, normalmente tiristores , para conectar y desconectar rápidamente condensadores o inductores para mejorar el factor de potencia.

Importancia en los sistemas de distribución

Banco de condensadores de 75 MVAr en una subestación de 150 kV

Banco de condensadores en un poste de servicios públicos en San José, California, EE. UU.

Los factores de potencia inferiores a 1,0 requieren que la empresa de servicios públicos genere más que los voltamperios mínimos necesarios para suministrar la potencia real (vatios). Esto aumenta los costos de generación y transmisión. Por ejemplo, si el factor de potencia de carga fuera tan bajo como 0,7, la potencia aparente sería 1,4 veces la potencia real utilizada por la carga. La corriente de línea en el circuito también sería 1,4 veces la corriente requerida con un factor de potencia de 1,0, por lo que las pérdidas en el circuito se duplicarían (ya que son proporcionales al cuadrado de la corriente). Alternativamente, todos los componentes del sistema, como generadores, conductores, transformadores y cuadros eléctricos, aumentarían de tamaño (y de costo) para transportar la corriente adicional. Cuando el factor de potencia es cercano a la unidad, para la misma clasificación de kVA del transformador se puede suministrar más corriente de carga. ^[28]

Las empresas de servicios públicos suelen cobrar costes adicionales a los clientes comerciales que tienen un factor de potencia inferior a un determinado límite, que suele ser de entre 0,9 y 0,95. Los ingenieros suelen estar interesados ​​en el factor de potencia de una carga como uno de los factores que afectan a la eficiencia de la transmisión de energía.

Con el aumento del costo de la energía y las preocupaciones sobre la entrega eficiente de energía, el PFC activo se ha vuelto más común en la electrónica de consumo. ^[29] Las pautas actuales de Energy Star para computadoras ^[30] exigen un factor de potencia de ≥ 0,9 al 100 % de la salida nominal en la fuente de alimentación de la PC . Según un informe técnico escrito por Intel y la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU ., las PC con fuentes de alimentación internas requerirán el uso de corrección activa del factor de potencia para cumplir con los Requisitos del Programa ENERGY STAR 5.0 para Computadoras. ^[31]

En Europa, la norma EN 61000-3-2 exige que se incorpore la corrección del factor de potencia en los productos de consumo.

A los clientes pequeños, como los hogares, normalmente no se les cobra por la energía reactiva, por lo que no se instalarán equipos de medición del factor de potencia para dichos clientes.

Técnicas de medición

El factor de potencia en un circuito monofásico (o circuito trifásico equilibrado) se puede medir con el método del vatímetro-amperímetro-voltímetro, donde la potencia en vatios se divide por el producto de la tensión y la corriente medidas. El factor de potencia de un circuito polifásico equilibrado es el mismo que el de cualquier fase. El factor de potencia de un circuito polifásico desequilibrado no está definido de forma única.

Un medidor de factor de potencia de lectura directa se puede realizar con un medidor de bobina móvil del tipo electrodinámico, que lleva dos bobinas perpendiculares en la parte móvil del instrumento. El campo del instrumento se energiza mediante el flujo de corriente del circuito. Las dos bobinas móviles, A y B, están conectadas en paralelo con la carga del circuito. Una bobina, A, se conectará a través de una resistencia y la segunda bobina, B, a través de un inductor, de modo que la corriente en la bobina B se retrasa con respecto a la corriente en A. Con un factor de potencia unitario, la corriente en A está en fase con la corriente del circuito, y la bobina A proporciona un par máximo, impulsando la aguja del instrumento hacia la marca 1.0 en la escala. Con un factor de potencia cero, la corriente en la bobina B está en fase con la corriente del circuito, y la bobina B proporciona un par para impulsar la aguja hacia 0. Con valores intermedios de factor de potencia, los pares proporcionados por las dos bobinas se suman y la aguja ocupa posiciones intermedias. ^[32]

Otro instrumento electromecánico es el de paletas polarizadas. ^[33] En este instrumento, una bobina de campo estacionaria produce un campo magnético rotatorio, como un motor polifásico. Las bobinas de campo están conectadas directamente a fuentes de voltaje polifásico o a un reactor de cambio de fase si se trata de una aplicación monofásica. Una segunda bobina de campo estacionaria, perpendicular a las bobinas de voltaje, transporta una corriente proporcional a la corriente en una fase del circuito. El sistema móvil del instrumento consta de dos paletas que están magnetizadas por la bobina de corriente. En funcionamiento, las paletas móviles forman un ángulo físico equivalente al ángulo eléctrico entre la fuente de voltaje y la fuente de corriente. Este tipo de instrumento se puede configurar para registrar corrientes en ambas direcciones, lo que proporciona una visualización de cuatro cuadrantes del factor de potencia o ángulo de fase.

Existen instrumentos digitales que miden directamente el desfase temporal entre las formas de onda de tensión y corriente. Los instrumentos de bajo coste de este tipo miden el pico de las formas de onda. Las versiones más sofisticadas miden únicamente el pico del armónico fundamental, lo que proporciona una lectura más precisa del ángulo de fase en formas de onda distorsionadas. El cálculo del factor de potencia a partir de las fases de tensión y corriente solo es preciso si ambas formas de onda son sinusoidales. ^[34]

Los analizadores de calidad de energía, a menudo denominados analizadores de potencia, realizan un registro digital de la forma de onda de voltaje y corriente (normalmente monofásica o trifásica) y calculan con precisión la potencia real (vatios), el factor de potencia de potencia aparente (VA), el voltaje de CA, la corriente de CA, el voltaje de CC, la corriente de CC, la frecuencia, la medición de armónicos IEC61000-3-2/3-12, la medición de parpadeo IEC61000-3-3/3-11, los voltajes de fase individuales en aplicaciones delta donde no hay línea neutra, la distorsión armónica total, la fase y amplitud de los armónicos de voltaje o corriente individuales, etc. ^{[35] [36]}

Mnemotécnica

A los estudiantes de ingeniería eléctrica anglófonos se les recomienda recordar: ELI el hombre ICE o ELI en ICE – el voltaje E, precede a la corriente I, en un inductor L. La corriente I precede al voltaje E en un capacitor C.

Otro mnemónico común es CIVIL: en un capacitor (C) la corriente (I) conduce al voltaje (V), y el voltaje (V) conduce a la corriente (I) en un inductor (L).

Referencias

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21. Se espera que el mercado de PFC activo crezca a una tasa anual del 12,3 % hasta 2011, Buscar artículos, 16 de marzo de 2006, archivado desde el original el 1 de septiembre de 2009, Es probable que los productos de mayor potencia también utilicen PFC activo, ya que sería la forma más rentable de lograr que los productos cumplan con la norma EN.
22. Corrección del factor de potencia, TECHarp, PFC pasivo […] el factor de potencia es bajo, entre el 60 y el 80 %. […] PFC activo... un factor de potencia de hasta el 95 %
23. Por qué necesitamos PFC en las fuentes de alimentación, Silverstone Technology, archivado del original el 22 de diciembre de 2008. Normalmente, el valor del factor de potencia de un dispositivo electrónico sin corrección del factor de potencia es de aproximadamente 0,5. […] PFC pasivo […] 70~80% […] PFC activo […] 90~99,9%
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Enlaces externos

• Armónicos y su relación con el factor de potencia (PDF) , U Texas, archivado desde el original (PDF) el 2011-09-27 , consultado el 2010-09-20.