¿Cómo mejoran los capacitores el factor de potencia sin destruir el capacitor?

  

Estoy familiarizado con los condensadores en circuitos de CC como tanques para almacenar energía

¡No piense en almacenar energía cuando se habla de condensadores en circuitos de CA!

  

¿la constante inversión de polaridad no destruiría el condensador?

En la medida en que no tenga un condensador polarizado: normalmente no.

Depende de la forma de onda (por ejemplo, cuadrada o sinusoidal) que apliques al condensador. Estamos hablando de tensiones sinusoidales aquí.

A diferencia de las baterías, los capacitores se pueden cargar y descargar sin desgaste.

  

Y no sería un gran desperdicio de energía

De hecho, tiene alguna pérdida de energía debido al flujo de corriente en el condensador. Sin embargo, debido al mejor factor de potencia, tiene menos flujo de corriente en el sistema de suministro de energía.

Esto significa que también tiene menos pérdida de energía en el sistema de suministro de energía.

Usted paga un mínimo de más pérdida de energía (en el condensador) y se deshace de una pérdida de energía mucho mayor (en el sistema de suministro).

  

cómo agregar condensadores a ... el circuito de alimentación de CA ayuda a mejorar el factor de potencia

Muchos motores de CA se comportan como si tuvieran una bobina en paralelo.

Al igual que los condensadores, las bobinas almacenan energía y emiten esa energía más tarde. Por ejemplo, cuando se opera a 50 Hz (voltajes de onda sinusoidal), tanto los condensadores como las bobinas almacenan energía 100 veces por segundo y en medio emiten la energía almacenada antes de 100 veces por segundo.

Para el sistema de suministro de energía, esto no es bueno:

La energía almacenada en las bobinas se debe transportar desde la central eléctrica hasta el motor a través de las líneas de transmisión y cuando se emite la energía, se debe volver a transportar. Las líneas de transmisión tienen una resistencia (por supuesto), por lo que cada vez que la energía se transporta a través de la línea de transmisión, también hay una pérdida de energía.

Por lo tanto, no se desea que los dispositivos eléctricos se comporten como si tuvieran una bobina en paralelo, pero desafortunadamente para muchos dispositivos, este efecto no se puede evitar.

La explicación más detallada de cómo funciona el capacitor sería observar las ecuaciones diferenciales del capacitor y la bobina.

La explicación más simple es la forma en que las dos partes almacenan la energía:

Cuanto más alto es el voltaje absoluto, más energía se almacena en un condensador. Cuando la tensión es cero, el condensador no tiene energía almacenada. Esto es cierto para DC, AC y cualquier otro voltaje.

Cuando una bobina está conectada a una tensión sinusoidal (nota: esto solo es cierto para las tensiones sinusoidales) es exactamente lo contrario: cuando la tensión está en el máximo, la bobina no tiene energía almacenada; cuando el voltaje es cero, la bobina tiene el máximo de energía almacenada.

Esto significa: siempre que la bobina emita energía, el capacitor almacenará energía y cada vez que la bobina almacene energía, el capacitor emitirá energía.

El truco es elegir un capacitor cuya capacitancia tenga un valor para que la energía almacenada por el capacitor y la energía almacenada por la bobina sean las mismas.

En este caso, no se debe transportar más energía (adicional) a través de las líneas de transmisión porque la energía se intercambia entre la bobina y el condensador.

  

¿Alguien puede ayudar a explicar en términos simples cómo agregar condensadores a un circuito de alimentación de CA de 120/240 o superior ayuda a mejorar el factor de potencia sin explotar el condensador?

Claro.

  

• ¿la inversión constante de polaridad no destruiría el condensador?
  

No. En un condensador, el voltaje y la corriente están desfasados 90 °, por lo que la potencia disipada en ellos es cero (en el caso ideal). En los condensadores reales hay una pequeña resistencia interna y un calentamiento interno causado por el movimiento de cualquier carga móvil en el dieléctrico. El diseño del condensador de corrección del factor de potencia tendrá esto en cuenta, se clasificará para la frecuencia de la red y deberá permanecer dentro de su temperatura de trabajo segura en uso continuo.

Si hay armónicos excesivos en la corriente, la situación puede cambiar. por ejemplo, si hubiera un 13º armónico alto a 650 Hz en, digamos, el 10% del valor de corriente de 50 Hz podría encontrar que el efecto de calentamiento de los armónicos fue más severo que el de 50 Hz y los condensadores fallarían antes. p>

  

¿Y no sería un gran desperdicio de energía (cada vez que el condensador se carga en una polaridad se descarga y funciona contra el voltaje de la línea de CA cuando se mueve a la siguiente polaridad opuesta ...)?

No cuando está configurado correctamente. Recuerde que la razón para instalarlos es contrarrestar la corriente inductiva en la carga. El resultado es una reducción general de la corriente reactiva hacia cero.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. Una carga inductiva (L) sin corrección capacitiva terminaría con una magnitud kVA mayor que la magnitud de kW. La adición de la capacitancia equivalente la cancelará.

En efecto, configuramos un circuito sintonizado entre la L y la C para que el componente de la corriente reactiva salte entre ellos sin extraer la corriente adicional de la fuente. Sin ellos, la corriente fuera de fase hace que se extraiga una corriente más alta de la red que la requerida. Esto provoca una mayor caída de voltaje a lo largo de las líneas de suministro y aquí es donde ocurre la mayor parte de la pérdida de energía.