carga no lineal (rectificador) y factor de potencia

El punto que parece faltar es que no requiere transferencia de energía desde el dispositivo a la línea eléctrica durante parte del ciclo de energía para tener un factor de potencia inferior al de la unidad.

Hay varias maneras de ver qué factor de poder es realmente, aunque todos salen de la misma forma matemática. Una forma es la relación de potencia real entregada al producto en relación con el voltaje y la corriente de RMS. Si la corriente es sinusoidal (consideremos que la tensión siempre es sinusoidal en este caso, ya que la línea de alimentación tiene una impedancia tan baja), entonces usted tiene un factor de potencia unitario cuando está en fase con la tensión, y 0 cuando 90 grados fuera de fase. En el caso de un seno, la potencia tiene que fluir de regreso a la línea durante parte del ciclo para tener un factor de potencia inferior al de la unidad.

Sin embargo, muchas otras formas de onda son posibles. Puede tener una corriente que siempre es 0 o positiva cuando la tensión es positiva, o 0 o negativa cuando la tensión es negativa, pero eso no es un seno. Los picos que mencionas causados por un puente de onda completa son un buen ejemplo. La energía nunca fluye de regreso a la línea eléctrica, pero el factor de potencia es menor que 1. Haga algunos ejemplos y calcule la corriente RMS dibujada por un puente de onda completa. Verá que la potencia real total extraída de la línea eléctrica es menor que la corriente RMS multiplicada por el voltaje de la línea eléctrica (nuevamente, asumimos que el voltaje de la línea eléctrica siempre es un seno).

Otra forma de pensar esto es que las pérdidas en el sistema de transmisión son proporcionales al cuadrado de la corriente. El puente de onda completa extrae su corriente en picos cortos de alta magnitud. Debido a la naturaleza al cuadrado de las pérdidas, esto es peor que la misma corriente promedio extraída más dispersa. Cuando calculas ese cálculo, te das cuenta de que la forma de minimizar el cuadrado promedio de la corriente es hacer que la corriente sea un seno en fase con el voltaje. Esa es la forma única de lograr el factor de poder de la unidad.

Otra forma de ver esto, a la que aludiste, es pensar en la expansión de Fourier de la corriente. Estamos asumiendo alguna forma de onda actual que repite cada ciclo de línea eléctrica, por lo que tiene una serie de Fourier. Cualquier forma de onda de repetición puede expresarse como una suma de una serie de ondas sinusoidales en la frecuencia de la línea de potencia y sus múltiplos enteros positivos. Por ejemplo, con una potencia de 60 Hz, la forma de onda es una suma de senos a 60 Hz, 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, etc. La única pregunta es cuál es la amplitud y el cambio de fase de cada uno de estos armónicos. Debería ser obvio que solo el fundamental (el componente de 60 Hz en este ejemplo) es capaz de extraer cualquier potencia neta de la línea eléctrica, y que solo en la medida en que esté en fase con el voltaje. Dado que todos los componentes son senos, cada uno consumirá energía durante parte del ciclo y devolverá la misma energía a otra parte del ciclo, excepto por el componente en fase del fundamental. Por lo tanto, su forma de ver el factor de potencia como tener que devolver la energía durante parte del ciclo es válida si divide la forma de onda actual en componentes de onda sinusoidal. Sin embargo, es posible tener un conjunto de componentes de onda sinusoidal que tomen y devuelvan energía a la línea eléctrica en diferentes momentos, de manera que la red de todos los componentes en cualquier momento sea cero o positiva. La corriente de puente de onda completa es un ejemplo de tal forma de onda.