Medición del factor de potencia en circuitos desequilibrados

El factor de potencia de un circuito monofásico es el ratio entre la potencia verdadera en vatios, como se mide con un vatímetro respecto a la potencia aparente en voltio amperios, obtenida como el producto del voltaje y la corriente.

Cuando la forma de onda es sinusoidal (y sólo entonces), el factor de potencia también es igual al coseno del ángulo de fase.

El factor de potencia de un circuito polifásico que está equilibrado es el mismo que en las fases individuales. Cuando las fases no están equilibradas, el factor de potencia verdadero es indeterminado. En el método vatímetro-voltímetro-amperímetro, el factor de potencia para un circuito de 3 conductores dos fases es:

Donde P es la potencia total en vatios, E es el voltaje entre los conductores exteriores, e I es la corriente en un conductor del lado exterior, para un circuito de 3 hilos trifásico, el factor de potencia es:

Donde P son los vatios totales, E son los voltios entre conductores, e I son los amperios en un conductor. En el método de dos vatímetros, el factor de potencia de un circuito de 3 conductores y 2 fases se obtiene con la relación:

Donde W₁ es la lectura de un vatímetro conectado en una fase como en un circuito monofásico y W₂ es la lectura de un vatímetro conectado en una fase como en un circuito monofásico y W₂ es la lectura de un vatímetro conectado con sus serpentín de corriente en serie con W₁ y su serpentín de voltaje a través de una segunda fase. Con el factor de potencia unidad, W₂ = 0; con el factor de potencia 0,707, W₂ = W₁; con factores de potencia inferiores, W2 > W1. En un circuito de tres conductores y 3 fases, el factor de potencia puede calcularse leyendo dos vatímetros conectados en el modo estándar para medición de potencia, usando la relación:

Donde W₁ es la lectura más grande (siempre positiva) y W₂ la más pequeña.

Existen también medidores de factor de potencia que indican el factor de potencia de un circuito directamente. El mecanismo de los medidores electrodinámicos monofásicos parece al de un vatímetro excepto en que el sistema de movimiento tiene dos serpentines M, M´. Un serpentín, M, se conecta a través de la línea en serie con una resistencia, mientras que M´ se conecta en serie con una inductancia. Sus corrientes estarán casi en cuadratura. En el factor de potencia unidad, la reacción con el campo del serpentín de corriente da como resultado el par máximo en M, moviéndose el indicador a la marca 100 de la escala, donde par en M es cero. En el factor de potencia cero, M`ejerce todo el par y origina que todos el sistema se mueva para tomar una posición donde el plano de M` es paralelo al de los serpentines del campo, y la indicación de la escala es cero. En factores de potencia intermedios, tanto M como M` contribuyen al par, y la indicación está en una posición de escala intermedia. En un medidor de dos fases, no se requiere la inductancia, el serpentín M se conecta a través de una resistencia a una fase, mientras M´ con una resistencia se conecta a la otra fase; el serpentín de corriente puede ir en el conductor del medio de un sistema de 3 hilos. Las lecturas son correctas sólo en una carga equilibrada. En forma de medidor polifásico, para circuitos equilibrados, hay tres serpentines en el sistema móvil, conectados a través de cada fase. El sistema en movimiento toma una posición donde el resultante de los tres pares es mínimo, y depende del factor de potencia. De otra forma, tres serpentines estacionarios producen un campo que reacciona en un serpentín de voltaje móvil. Cuando la carga está desequilibrada, ninguna forma es correcta.

Bibliografía:

• Standard Handbook for electrical engineers. H. Wayne Beaty. McGraw-Hill