En primer lugar, creo que su pregunta no debería ser simplemente '¿por qué las cargas reactivas mejoran la tensión de la red?', debería ser la estabilidad de la red, no solo la tensión, la corriente o la potencia. Todo ha mejorado.
Regresemos a la década de 1970: la red eléctrica es completamente de CA, completamente lineal (es decir, la energía de CA se genera en una planta de energía y se usan varias etapas de transformador lineal para entregarla al cliente final). No hay líneas de alimentación CC entre ellas, sin inversores, sin PFC. El voltaje en la línea eléctrica está cronometrado con bastante precisión para permitir el uso de motores de temporización (motores síncronos en, por ejemplo, relojes de estaciones de trenes), temporizadores y codificación DTMF en líneas eléctricas, etc.
La mayoría de los dispositivos que usan los hogares normales y que usan una cantidad apreciable de energía tienen un buen factor de potencia; Son cargas resistivas casi perfectas. Prendas de vestir plancha, bombillas, hornos. Además, los hogares utilizan una cantidad de energía bastante pequeña (históricamente entre el 10 y el 15% de la energía eléctrica). Ahora, una gran instalación industrial enciende sus motores gigantes. Los motores son máquinas muy inductivas, es decir, tienen un factor de potencia bajo. Un gran sistema de bombeo de una planta de alcantarillado puede usar tanta energía como una manzana entera, por lo que esto tiene un gran efecto en la red.
Una red perfecta es muy "rígida": sus líneas de energía no tienen caída de voltaje, autoinducción ni retraso en la propagación. En realidad, por supuesto, las líneas eléctricas tienen cierta elasticidad y, especialmente, el uso de motores grandes y otros dispositivos con una gran diferencia en el factor de potencia de la media puede desestabilizar la red local. Considerar las formas de onda de tensión y corriente; En un mundo ideal, estas son las ondas sinusoidales sincrónicas. Sin embargo, si el 50% de la red es casi perfectamente resistivo, y el otro 50% de la red tiene un factor de potencia de aproximadamente 0,5, la forma de onda actual ya no es un seno; la corriente se dibuja tanto en el pico de la forma de onda de voltaje como entre el pico y el cruce por cero. Es más como una forma de onda de bloque. Esta corriente incrementada "entre" los picos combinados con la autoinducción de la red provoca picos de voltaje.
No solo eso; los interruptores automáticos, por ejemplo, siempre han confiado en el cruce por cero actual durante un tiempo razonable para poder cambiar. No puedes apagar 100kA; incluso si literalmente cortaría el cable con un hacha, seguirían formando un arco y causaría que la corriente siga fluyendo durante demasiado tiempo para estar seguro. Los tiristores y otros interruptores automáticos de estado sólido también siguen conduciendo hasta que la corriente se cruza por cero, incluso con las puertas apagadas. El aumento de las velocidades de borde que causa la distorsión en la red puede causar grandes problemas con los interruptores automáticos.
Por lo tanto, la forma tradicional de solucionar este problema es colocar los bancos de capacitores grandes lo más cerca posible de los motores. Los motores son una 'carga' reactiva, los condensadores son un 'generador' reactivo y combinados parecen que la red es una carga casi resistente y de buen comportamiento.
Esto es muy simple y efectivo, y aunque digo que es anticuado, su baja complejidad lo hace increíblemente confiable. Sin embargo, tiene desventajas; Los bancos de capacitores lo suficientemente grandes para compensar un motor de gran tamaño (100s de kW a MW) son excesivamente caros y grandes. Además, solo son óptimos para una carga de motor específica (esto depende del tipo de máquina eléctrica). Debe activar y desactivar los condensadores para ajustar la compensación. Por último, todavía hay bastante pérdida de energía en este sistema.
Tenga en cuenta que esto no se hace solo cerca o en máquinas específicas; a veces las compañías eléctricas utilizan grandes bancos de condensadores en ramas enteras de su red eléctrica para igualar los factores de potencia efectiva de diferentes dominios.
Un enfoque más moderno es utilizar un controlador de frecuencia o un inversor para controlar el motor. La alimentación de red se rectifica a un voltaje de CC y luego se corta (se invierte) nuevamente para alimentar el motor de CA. PFC en el rectificador asegura que la unidad tenga un buen factor de potencia en la red. Este enfoque es mucho más económico y económico, proporciona un mejor control sobre el par y la velocidad y es más fácil en la red.