CORRECION DEL FACTOR DE POTENCIA

Práctica 5

CORRECION DEL FACTOR DE POTENCIA.

Objetivo.

Verificar en forma práctica la corrección del factor de potencia de una carga monofásica y una carga trifásica.

Introducción.

La relación entre la potencia media y la potencia aparente se conoce como el factor de potencia. Se denota con un fp, y en el caso senoidal su expresión es:

ya que la potencia media quedo definida como: . El fp es adimensional y el ángulo  es el ángulo de la impedancia Z de la carga.

En el caso de cargas puramente resistivas, el voltaje y la corriente están en fase. Por tanto, =0, fp=1 y las potencias media y aparente son iguales. También puede existir un factor de potencia unitario (fp=1) en cargas que contienen inductores y capacitores si las reactancias de estos elementos son tales que se cancelan entre sí. Ajustar la reactancia de las cargas para obtener aunque sea aproximadamente esta condición es muy importante en sistemas de potencia eléctrica.

En una carga puramente reactiva, =90°, fp=0 y la potencia media es cero. En este caso la carga equivalente es una inductancia (=90°) o una capacitancia (=-90°) y la corriente y el voltaje tienen una diferencia de fase de 90°. Una carga para cual –90°<<0 es equivalente a una combinación RC, en tanto que si tiene 0<<90° es una combinación equivalente RL. Puesto que cos=cos(-) es evidente que el fp de una carga RC que tenga =-1, donde 0<<90°, es igual al de una carga RL con =1. Para evitar la dificultad de identificar tales cargas, el fp se caracteriza como de adelanto o de atraso, según esté la fase de la corriente con respecto a la del voltaje. Por tanto, una carga RC tiene un fp de adelanto y una carga RL tiene un fp de atraso.

El factor de potencia de una carga es muy importante, en instalaciones industriales, por ejemplo, la carga puede requerir de miles de watts para operar y el fp afecta en gran medida la facturación por consumo de energía eléctrica. Es por esta razón que las compañías que suministran potencia eléctrica propician la existencia de fp cercanos a 1, como mínimo 0.85, para que P=VI e imponen penalidades a los grandes usuarios industriales que no lo alcanzan.

Para alterar el factor de potencia de una impedancia Z se puede conectar otra impedancia en paralelo con ella Z1. En esta conexión el voltaje suministrado no cambia ni la potencia resultante, sin embargo la corriente si lo hace. En general se selecciona Z1 de modo que 1) Z1 absorba una potencia media igual a cero, y 2) Z1 satisfaga el factor de potencia deseado fp=FP. La primera condición requiere que Z1 sea puramente reactiva, es decir, Z1=jX1. Si se trata de corregir un fp adelantado (de una carga RC) se agrega una impedancia inductiva, y por el contrario si se trata de corregir un fp atrasado (de un carga RL) se agrega una impedancia capacitiva.

Antes de conectar la tierra del osciloscopio en el nodo a, verifique en qué posición de la clavija se tiene la mínima diferencia de potencial, ésta será la posición correcta. Si no hace lo indicado, puede recibir una sorpresa desagradable al conectar la tierra del osciloscopio al nodo a.

Lo primero que determinamos fue la forma en que debíamos conectar la clavija; esto lo realizamos por medio de una prueba en los enchufes del laboratorio por medio de un foco; conectamos una punta de nuestro cable a la tierra física de los enchufes y posteriormente otro extremo en uno del foco, hicimos un puenteo de lado a lado e intercambiamos la forma de conexión, de tal manera que cuando se prendiera nuestro foco, esa sería la manera correcta de la conexión de la clavija.

EXPERIMENTOS

Primer experimento:

El primer experimento que realizamos consistió en corregir el fp de un circuito monofásico.

Implementamos dos divisiones de voltaje mediante resistencias para poder hacer las mediciones correspondientes sin dañar el osciloscopio. En la siguiente figura se muestra la forma de conexión del circuito utilizado

Se observó en el osciloscopio que los valores de los voltajes fueron atenuados 11 veces, esto se comprueba con las siguientes ecuaciones:

Para Vba = 2.2 [V] la corriente de línea es iLrms = 0.1528[A]

Con estas últimas ecuaciones calculamos el valor de la corriente de línea, tanto en valor pico como en valor rms, a partir del voltaje Vba. Para calcular el voltaje de línea a partir del voltaje Vca se utilizan las siguientes ecuaciones, también utilizadas para comprobar el factor de atenuación (11):

Para Vca = 32[V]el voltaje de línea es VLrms = -124.4508 [V]

El ángulo de desfasamiento entre el voltaje VL y la corriente iL es: en donde VL está atrasada con respecto a iL.

Determinamos:

a) El factor de potencia de la carga:

b) El triángulo de potencias:

c) El valor de capacitor que hace al factor de potencia unitario:

Cuando conectamos un capacitor cuyo valor es el más cercano al calculado entre los nodos a y b, observamos que la señal de osciloscopio correspondiente a la corriente estaba en fase

...