El factor de potencia es la relación de la potencia real dividida por el producto de la tensión RMS y la corriente RMS.
Piensa en lo que dice eso. Tenga en cuenta que la potencia real NO es solo el voltaje por la corriente, cada uno medido por separado. Digamos que tienes un dispositivo y quieres saber cuánta potencia consume. Usted coloca un voltímetro en su entrada y obtiene 115 V CA. Luego cambia a una escala de corriente, pone el medidor en serie y mide 300 mA CA. A primera vista, podría pensar que la potencia es (115 V) (300 mA) = 34.5 W, pero resulta que eso es solo el límite superior. El poder real puede ser cualquier cosa, desde eso hasta 0.
¿Cómo puede ser esto? Imagina si el dispositivo es un condensador. En ese caso, la tensión y la corriente están desfasadas 90 °. Durante la mitad del ciclo, el producto del voltaje instantáneo y la corriente instantánea es positivo y la potencia real se transfiere al dispositivo. Sin embargo, durante el siguiente semiciclo, el producto es negativo y la misma potencia se transfiere nuevamente. A lo largo de todo un ciclo, la potencia neta promedia a 0.
Por otro lado, si el dispositivo es una resistencia, el voltaje y la corriente siempre son proporcionales entre sí. En el caso de una resistencia, realmente está recibiendo 34.5 W de la línea de CA, y se calentará en consecuencia.
En el caso de solo ondas sinusoidales puras , puede observar el ángulo de fase entre la tensión y la corriente para tener una idea de qué fracción de la potencia máxima posible se transfiere. Sin embargo, muchos dispositivos del mundo real no cooperan y extraen corriente en ondas sinusoidales agradables. Necesitamos una forma más general de medir esta "fracción de la potencia máxima que realmente obtiene".
La forma general es hacer precisamente eso. La potencia máxima que puede obtener es la tensión RMS multiplicada por la corriente RMS. Lo normalizaremos a eso y lo llamaremos 1.0. Por lo tanto, la potencia real estará entre 0 y 1.0 en esta escala normalizada. Eso es exactamente lo que es el factor de potencia.
Entonces, ¿cómo se mide el poder real? La potencia es el voltaje por la corriente, pero no puede promediar el voltaje y la corriente antes del producto. Para obtener la potencia real, debe multiplicar el voltaje instantáneo y la corriente, luego promedio.
Esto es exactamente lo que hacen los medidores de potencia real. Los medidores eléctricos mecánicos antiguos con el disco giratorio en la esquina de su casa funcionan según el principio de que la fuerza magnética entre dos electroimanes es el producto de la corriente a través de cada uno. Esto realmente funciona en los cuatro cuadrantes. Si las dos corrientes tienen la misma polaridad, los electroimanes se atraen. Si la polaridad de uno se invierte, entonces se repelen.
La capacidad de los electroimanes para realizar una multiplicación de cuatro cuadrantes se aprovecha mediante la conducción de uno con el voltaje, el otro con la corriente, y luego usarlos para implementar un motor. La fuerza que impulsa el motor en cualquier caso es la corriente por el voltaje. Esto es promediado por la mecánica del motor. Se integra de manera efectiva al hacer un seguimiento del número total de vueltas del motor, no solo de la velocidad instantánea. Los distintos cuadrantes del medidor eléctrico son solo el motor orientado hacia abajo, cada uno por un factor de 10 respecto al anterior. Los dígitos a los que apunta cada cuadrante muestran los giros totales del motor, que es la energía total que el medidor ha visto pasar. Al restar la lectura actual de la lectura del mes pasado, la compañía eléctrica sabe cuánta energía utilizó ese mes y, por lo tanto, cuánto facturarle.
Los medidores eléctricos modernos usan microcontroladores que leen el voltaje instantáneo y la corriente muchas veces durante un ciclo de línea eléctrica. Cada par de lectura se multiplica para obtener la potencia instantánea, luego se acumula para obtener la energía total. Para no dejarse engañar por la corriente de punta, debe hacer un buen trabajo de medición de los primeros 100 armónicos, al menos. Eso significa que para una potencia de 60 Hz, desea resolver al menos 6 kHz componentes. Afortunadamente, los microcontroladores modernos pueden superar este problema con bastante facilidad.