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Energía bifásica y trifásica - Potencia activa y reactiva (EL018S)

Este artículo forma parte de nuestro Curso de Electrónica - Electrónica de Potencia - En él analizamos el modo que la energía es generada y distribuida y un punto importante para su mejor aprovechamiento que el factor de potencia.

La energía que recibimos en nuestra casa viene en forma de una tensión alterna que depende de la configuración de la red.

En un primer caso tenemos la configuración de 220 V triángulo en la que entre cada fase la tensión es de 220 V y entre el neutro y la fase la tensión es 110 V con una configuración de estrella. La figura 1 muestra lo que sucede.

 

Figura 1 – Red en 220 V (Puede ser diferente conforme el país )
Figura 1 – Red en 220 V (Puede ser diferente conforme el país )

 

 

 

Nótese que a pesar de la suma de las tensiones de fase y neutro siendo 254 V, no 220 V, los valores deben considerar las diferencias de fase de 120 grados.

En un segundo caso tenemos la red a 380 V, donde la tensión entre fases es de 380 V, con la configuración triángulo, y entre cada fase y el neutro tenemos 220 V, en la configuración de estrella, que se muestra en la figura 2.

 

Figura 2 – Red a 380 V
Figura 2 – Red a 380 V

 

 

Nota: se puede ocurrir variaciones conforme el país.

 

En los usos industriales y de energía la energía se hace disponible en forma trifásica. Esta forma de generar y distribuir energía en sistemas de corriente alterna se emplea principalmente en la industria, por diversas razones como, por ejemplo, la mayor conveniencia en la alimentación de motores eléctricos de alta potencia.

En este sistema Se generan tres tensiones con diferencias de fase de 120 grados, como se muestra en la figura 3.

 

 

Figura 3 – En los sistemas trifásicos las tensiones están a un retraso de 120 grados
Figura 3 – En los sistemas trifásicos las tensiones están a un retraso de 120 grados

 

 

Lo que usted hace para esto es utilizar un sistema de generador donde usted tiene tres tensiones alternas disponibles en diferentes carretes, como se muestra en la figura 4.

 

 

Figura 4 – Un alternador trifásico
Figura 4 – Un alternador trifásico

 

 

Cada una de las bobinas, que tiene un extremo conectado a un polo neutro común, ofrece una tensión sinusoidal ligeramente desfasada en relación con la otra.

 

Energía Activa y Energía reactiva

La potencia activa es la que efectivamente realiza un trabajo siendo completamente convertida en luz, calor, movimiento, etc. Esta potencia se mide en W (Watt) y sus múltiplos (kW o MW).

Un ejemplo de una carga que consume completamente la energía suministrada es una lámpara incandescente. Representa una carga de resistencia pura (óhmica), como se muestra en la figura 5, pues en ella la corriente y la tensión están en fase.

 

Figura 5 – En una carga de resistencia pura, la corriente y la tensión están en fase.
Figura 5 – En una carga de resistencia pura, la corriente y la tensión están en fase.

 

 

Sin embargo, en muchas aplicaciones encontramos cargas que no son resistivas puras, sino reactivas (capacitores e inductores) como es el caso de los motores.

En una carga de este tipo, la potencia es reactiva y se mide en VAR (Volt - ampere reactivo) o sus múltiplos (kvar y Mvar), como se muestra en la figura 6.

 

Figura 6 – En una carga inductiva, la corriente y la tensión están desfasadas
Figura 6 – En una carga inductiva, la corriente y la tensión están desfasadas

 

 

Lo que pasa es que, en los inductores, la potencia reactiva no se utiliza en la producción de trabajo, ya que sólo tiene la función de establecer los campos magnéticos.

Esa potencia, sin explotar, podría ser usado para propósitos mejores en una instalación industrial. La suma vectorial de la potencia activa con la potencia reactiva nos da la potencia real, como se muestra en la figura 7.

 

Figura 7 – Potencia real
Figura 7 – Potencia real

 

 

Vea que, si la potencia reactiva es pequeña, el ángulo entre la potencia real y la potencia activa disminuye, lo que indica un uso más eficiente de la energía.

Así, en lugar de especificar la potencia activa o potencia reactiva, es común indicar la eficiencia en el suministro y uso de energía por el coseno del ángulo mostrado en la figura 6. Este ángulo, llamado ? (Phi), una letra griega que se pronuncia "Fi", ha Su coseno se acerca a 1 cuando tiende a cero y establece el factor de potencia.

Por aquí, teniendo en cuenta que, en la figura, este ángulo puede tomar valores entre 0 y 90 grados, su coseno varía entre 0 y 1, como se muestra en la figura 8.

 

Figura 8 – El factor de potencia representado por un ángulo
Figura 8 – El factor de potencia representado por un ángulo

 

 

Podemos entonces decir que el coseno de ? puede variar entre 0 y 1. Mucho mejor será el uso de energía cuanto más cerca esté el factor de potencia (FP) está cerca de 1, que es el valor ideal.

También es posible medir el factor de potencia como la relación entre la potencia activa y la reactiva.

Así, en las facturas de energía tenemos la especificación de KVA, sino más bien la Kvarh (kilowatts - reactivo x hora) y kWh (kilowatts x hora). Para calcular el factor de potencia se debe aplicar la siguiente fórmula:

 

 


 

 

 

Es importante tener en cuenta que todo esto es válido cuando la energía está dentro de los estándares de calidad que estas aplicaciones requieren.

La presencia de armónicos en una instalación cambia todo eso, y la fórmula anterior no se puede aplicar.

 

Armónicas:

La presencia de armónicas en una línea de transmisión de energía es motivo de preocupación, y se debe buscar su origen y eliminar su presencia, ya que puede causar problemas al funcionamiento de las máquinas.

 

 

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