Antes de introducir varios tipos de medidores de factor de potencia es muy esencial entender cuáles son las necesidades del medidor de factor de potencia. ¿Por qué no calculamos directamente factor de potencia en un circuito de CA sólo dividiendo la energía con el producto de actual y voltaje porque estas lecturas pueden ser fácilmente obtenidas de vatímetro, amperímetro y voltímetro. Obviamente hay varias limitaciones de usar este método ya que puede no proporcionar una alta precisión, también las posibilidades de incremento de error son muy altas. Por lo tanto, este método no es adoptado en el mundo industrial. La medición precisa del factor de potencia es muy esencial en todas partes.
En el sistema de transmisión y distribución de energía medimos el factor de potencia en cada estación y subestación eléctrica usando estos medidores de factor de potenciaLa medición del factor de potencia nos proporciona el conocimiento del tipo de cargas que estamos usando y ayuda en el cálculo de las pérdidas que ocurren durante el sistema de transmisión de energía y distribución.
Por lo tanto, necesitamos un dispositivo separado para calcular el factor de potencia con exactitud y más precisión.
La construcción general de cualquier circuito medidor de factor de potencia incluye dos bobinas: la de presión y la de corriente. La bobina de presión está conectada a través del circuito, mientras que la bobina de corriente está conectada de tal manera que puede transportar la corriente del circuito o una fracción definida de la corriente. Midiendo la diferencia de fase entre el voltaje y la corriente, el factor de potencia eléctrica puede calcularse en una escala calibrada adecuada. Normalmente la bobina de presión se divide en dos partes: una parte inductiva y otra no inductiva o una parte resistiva pura. No hay necesidad de un sistema de control porque en el equilibrio existen dos fuerzas opuestas que equilibran el movimiento de la aguja sin necesidad de una fuerza de control.
Ahora hay dos tipos de medidores de factor de potencia…
- Tipo de electrodinamómetro
- El tipo de hierro móvil.
Estudiemos primero el tipo de electrodinamómetro.
Medidor del factor de potencia de tipo electrodinámico
En medidor de factor de potencia tipo electrodinamómetro hay otros dos tipos sobre la base de la tensión de alimentación
- Una sola fase
- Tres fases.
El diagrama general del circuito del medidor del factor de potencia del electrodinamómetro monofásico se muestra a continuación.
Ahora la bobina de presión se divide en dos partes una es puramente inductiva otra es puramente resistiva como se muestra en el diagrama por resistencia y el inductor. Actualmente el plano de referencia está haciendo un ángulo A con la bobina 1. Y el ángulo entre ambas bobinas 1 y 2 es de 90o. Por lo tanto, la bobina 2 está haciendo un ángulo (90o + A) con el plano de referencia. La escala del medidor está correctamente calibrada como se muestra en los valores del coseno del ángulo A. Marquemos el resistencia conectado a la bobina 1 ser R y inductor conectado a la bobina 2 sea L. Ahora durante la medición del factor de potencia los valores de R y L se ajustan de tal manera que R = wL para que ambas bobinas transporten la misma magnitud de corriente. Por lo tanto, la corriente que pasa a través de la bobina 2 tiene un retardo de 90o con referencia a la corriente en la bobina 1, ya que la trayectoria de la bobina 2 es de naturaleza altamente inductiva.
Derivemos una expresión para el par de desviación para este medidor de factor de potencia. Ahora hay dos pares de desviación, uno actúa en la bobina 1 y otro en la bobina 2. El devanado de la bobina está dispuesto de tal manera que los dos pares producidos, son opuestos entre sí y por lo tanto el puntero tomará una posición donde los dos pares son iguales. Escribamos una expresión matemática para el par de desviación de la bobina 1
Donde M es el valor máximo de la mutua inductancia entre las dos bobinas,
B es la desviación angular del plano de referencia.
Ahora la expresión matemática para el par de desviación de la bobina 2 es…
En el equilibrio tenemos ambos el par como igual, por lo tanto al igualar T1=T2 tenemos A = B. Desde aquí podemos ver que el ángulo de desviación es la medida del ángulo de fase del circuito dado. El diagrama de fases también se muestra para el circuito de tal manera que la corriente en la bobina 1 está aproximadamente en un ángulo de 90o a la corriente en la bobina 2.
A continuación se presentan algunas de las ventajas y desventajas de utilizar medidores de factor de potencia de tipo electrodinámico.
Ventajas de los medidores de factor de potencia de tipo electrodinámico
- Las pérdidas son menores debido al uso mínimo de piezas de hierro y también dan menos error en un pequeño rango de frecuencia en comparación con instrumentos de tipo de hierro en movimiento.
- Su alto par de torsión es la relación con el peso.
Desventajas de los medidores de factor de potencia de tipo electrodinámico
- Las fuerzas de trabajo son pequeñas en comparación con los instrumentos de tipo de hierro en movimiento.
- La escala no se extiende más allá de 360o.
- La calibración de los instrumentos de tipo electrodinámico se ve muy afectada por el cambio de la frecuencia de la tensión de alimentación.
- Son bastante costosos en comparación con otros instrumentos.
