¿Qué es la potencia reactiva y cómo se genera y cuál es su fuente?

Por lo tanto, esta es mi opinión y comprensión del flujo de energía:

Simplemente, piense en una planta de generación que proporciona energía como un "tanque de agua" principal que suministra agua a la comunidad. Este tanque de agua tiene dos grifos.

El primer grifo solo lo utilizan las personas (es decir, las resistencias) para el uso directo de agua, como beber, cocinar, etc. Después de que estas personas usan el agua del primer grifo, desaparece (se convierte en otra forma, pero ya no es agua) )!

El agua del segundo grifo se usa para llenar pequeños cubos de respaldo, es decir, para compensar las “grandes burbujas de aire o interrupciones temporales” en el primer grifo, ¡lo que garantiza que las personas como (resistencias) obtengan agua todo el tiempo! Las personas como los condensadores y los inductores (motores) utilizan esta segunda toma. Esta agua se puede usar de nuevo cuando la gente lo requiera como resistencia. ¡Y lo que es más importante, sobre todo, AMBOS grifos están chupando el agua real del tanque principal! Entonces, respondiendo a la pregunta, ¿cómo se genera la potencia reactiva? Bueno, de hecho, ¡es igual a cómo se genera el poder real! Ambos son cantidad de agua, nada más!

El agua que sale del segundo grifo se puede llamar agua reactiva (lo simbolizamos con el número imaginario j), y el primer grifo es agua real. Afortunadamente, las personas que usan el primer toque interactúan con las personas que usan el segundo toque. La interacción entre las personas que consumen desde el primer toque y el segundo toque se modela mediante una fórmula matemática (a + jb) para que podamos darnos cuenta de lo que está sucediendo en la comunidad con el suministro de agua. La "j" se usa para dar a cada toque una identidad / etiqueta separada. ¡De hecho, puede poner "j" delante de la cantidad real y no poner "j" delante de la cantidad reactiva y aún así obtener las respuestas correctas! Es solo un intercambio de etiquetas en grifos. ¡Este es el punto central del uso de números imaginarios en ingeniería / matemáticas! La cantidad asociada con el número imaginario tiene realización física en el mundo. ¡Espero que esto simplifique las cosas para una mejor comprensión de cómo funciona el poder!

La potencia reactiva es la energía que circula entre la fuente y la carga. Normalmente la carga es un motor de inducción. La energía almacenada en el campo magnético del motor se transfiere a la fuente cada vez que se invierte la polaridad del campo magnético. Alternativamente, la energía puede transferirse hacia y desde los condensadores de compensación del factor de potencia. Esa transferencia de energía es potencia reactiva.

La potencia real es la energía que ha sido consumida por la carga. Se ha convertido en otra forma de energía y no está regresando. La potencia reactiva es simplemente la energía que se almacena en la carga por cualquier condensador o inductores en su interior. Se puede devolver a la fuente y, de hecho, lo hace ciclo por ciclo en sistemas de CA lineales.

Los términos son solo una forma de simplificar el análisis de los sistemas de alimentación de CA. Son útiles porque cuando estamos hablando de un motor, un calentador o una luz, realmente queremos saber la cantidad real de energía que está convirtiendo el dispositivo, pero si solo mide los voltajes y las corrientes de los terminales, obtendría la respuesta incorrecta. debido a la presencia de potencia reactiva.

Una fuente de voltaje de CA proporcionará potencia real a una resistencia; el voltaje está en fase con la corriente y esto significa que la resistencia produce vatios reales y el consumo de energía le facturará.

Considere un capacitor (o inductor) de tamaño apropiado que también extraiga la misma corriente de esa misma fuente de voltaje de CA. Ahora, la potencia promedio tomada es cero y el proveedor de energía no le factura.

Si multiplicas los valores RMS de voltaje y corriente, obtienes lo que se conoce como "potencia aparente" y para una resistencia, esto también es la "potencia real" PERO, para un capacitor o inductor, todo esto es potencia reactiva. Así que tienes tres términos que están vinculados matemáticamente: -

Pero,¿porquélaenergíareactivanosefactura,esdecir,quétienedeespeciallacorrientequefluyeenuncondensadoroinductorencomparaciónconunaresistencia?

Respuesta:usandoelcondensadorcomoejemplo,Q=CV,esdecir,cargaalmacenada=capacitanciaxvoltaje.Sidiferenciamatemáticamenteamboslados,obtienes:-

\$\dfrac{dQ}{dt}=C\dfrac{dV}{dt}\$ylatasadecambiodecargaesigualalaactual

Entonces,laformadeondadelacorrienteenuncondensador"sigue" el diferencial de la tensión de alimentación. Si la tensión de alimentación es una onda sinusoidal, entonces la corriente es una onda de coseno, es decir (y aquí está el bit importante), se desplaza 90 grados hacia adelante y, si tuviera que calcular la potencia real, en algún lugar del álgebra, se multiplicaría un cos (wt) por un pecado (wt) y, no puede haber escape de que esto produzca una forma de onda que tenga un valor promedio de cero (¡adelante!): -

Selefacturaráenpotenciapromedio,noenpotenciapicoo(porDiosnolopermita)potenciaRMSoinclusopotenciareactiva.

Bonitográficorobadode aquí . Tenga en cuenta que la forma de onda de potencia es el doble de la frecuencia de la tensión o la corriente. Para una carga resistiva, V y I estarían en fase y la forma de onda de potencia sería completamente positiva, es decir, la forma de onda azul se mueve hacia arriba cuando el rojo y el verde pasan a estar en fase.

Vea a continuación varios escenarios de desplazamiento de fase actual en relación con el voltaje y lo que eso significa para la posición de la forma de onda de potencia: -

Otra forma de entender la potencia reactiva es pensar en un sistema de resorte de masa no amortiguado.

Hagamos una analogía: Power = force . velocity equivalente a Power = voltage . current

Entonces, cuando tienes un sistema de amortiguación masiva no amortiguado con alguna excitación inicial, la masa oscilará eternamente, con el velocity lagging force 90º grados. La energía se intercambia de la masa (cinética) al resorte (elástico) y viceversa, pero no se realiza ningún trabajo real en promedio (tienes semiciclos de poder positivos y negativos).

Esa es la analogía mecánica para un sistema de potencia reactiva pura: en este caso, un circuito LC, donde la energía se intercambia entre un inductor y un condensador.

En un sistema de energía monofásico, la potencia reactiva proviene de la interacción de los devanados del generador y cualquier carga inductiva en el sistema, y es mala porque entonces tiene este intercambio de energía entre la carga y la fuente que atraviesa todo el sistema de transmisión. sobrecargando líneas y resultando en pérdidas.

Al usar, por ejemplo, un condensador para corregir el factor de potencia de la carga, en realidad está tomando la energía del ping-pong desde todo el sistema hasta el nivel local, más cerca de la carga, por lo que sus pérdidas disminuyen. .

Para sistemas trifásicos equilibrados, sin embargo, es importante tener en cuenta que la potencia reactiva no se intercambia entre la fuente y la carga , sino entre las fases del sistema (sí, desde un cable hasta el otros dos).

El poder real es como una línea de dominós. La inconsistencia en el flujo real deja espacios en la línea de dominó. Para ayudar a cerrar esas brechas en la línea de dominó / electrones, almacenamos energía reactiva en el campo magnético del inductor. Esto da como resultado un flujo constante de dominó / electrones y reduce la probabilidad de que el voltaje caiga de la fuente a la carga.