Métodos de melhoria do fator de potência com suas vantagens e desvantagens

Métodos para melhorar o fator de potência

Os seguintes dispositivos e equipamentos são usados ​​para Melhoria do Fator de Potência.

1. Capacitor estático
2. Condensador síncrono
3. Avançado de fase

1. Capacitor estático

Sabemos que a maioria das indústrias e cargas do sistema de energia são indutivas que recebem correntes atrasadas que diminuem o fator de potência do sistema (consulte Desvantagens do baixo fator de potência) . Para fins de melhoria do fator de potência, os capacitores estáticos são conectados em paralelo com os dispositivos que trabalham com baixo fator de potência.

Esses capacitores estáticos fornecem corrente principal que neutraliza (total ou aproximadamente) o componente indutivo atrasado da corrente de carga (ou seja, o componente principal neutraliza ou elimina o componente atrasado da corrente de carga), assim o fator de potência do circuito de carga é melhorado.

Esses capacitores são instalados nas proximidades de grandes cargas indutivas, por exemplo, motores de indução e transformadores, etc., e melhoram o fator de potência do circuito de carga para melhorar a eficiência do sistema ou dispositivos.

Suponha, aqui, uma carga indutiva monofásica que está recebendo corrente atrasada (I) e o fator de potência da carga é Cosθ como mostrado na fig-1.

Na fig-2, um capacitor (C) foi conectado em paralelo com a carga. Agora, uma corrente (Ic) está fluindo através do capacitor que conduz 90° da tensão de alimentação (Observe que o capacitor fornece corrente principal, ou seja, em um circuito capacitivo puro, a corrente lidera 90° da tensão de alimentação, em outras palavras, a tensão é de 90° atrasado em relação ao atual). A corrente de carga é (I). A combinação de vetores de (I) e (Ic) é (I') que está atrasada em relação à voltagem em θ2 como mostrado na fig 3.

Pode ser visto na fig. 3 que o ângulo de θ2 <θ1, ou seja, o ângulo de θ2 é menor do que o ângulo de θ2. Portanto Cosθ2 é menor que de Cosθ1 (Cosθ2> Cosθ1). Portanto, o fator de potência de carga é melhorado pelo capacitor.

Observe também que após a melhoria do fator de potência, a corrente do circuito seria menor do que a corrente do circuito de baixo fator de potência. Além disso, antes e depois da melhoria do fator de potência, o componente ativo da corrente seria o mesmo naquele circuito porque o capacitor elimina apenas o componente reativo da corrente. Além disso, a potência ativa (em Watts) seria a mesma após e antes da melhoria do fator de potência.
Vantagens:

• O banco de capacitores oferece várias vantagens sobre outros métodos de melhoria do fator de potência.
• As perdas são baixas em capacitores estáticos
• Não há parte móvel, portanto, precisa de baixa manutenção
• Pode funcionar em condições normais (ou seja, condições atmosféricas comuns)
• Não requer uma base para instalação
• Eles são leves, então pode ser fácil de instalar

Desvantagens:

• A idade do banco de capacitores estáticos é menor (8 a 10 anos)
• Com a mudança de carga, temos que LIGAR ou DESLIGAR o banco de capacitores, o que causa picos de comutação no sistema
• Se a tensão nominal aumentar, isso causará danos
• Uma vez que os capacitores estragam, o reparo é caro

2. Condensador Síncrono

Quando um motor síncrono opera sem carga e com saída excessiva, é chamado de condensador síncrono. Sempre que um motor síncrono é superado, ele fornece corrente principal e funciona como um capacitor.

Quando um condensador síncrono é conectado à tensão de alimentação (em paralelo), ele consome corrente principal e elimina parcialmente o componente reativo e, dessa forma, o fator de potência é melhorado. Geralmente, o condensador síncrono é usado para melhorar o fator de potência em grandes indústrias.
Vantagens:

• Longa vida (quase 25 anos)
• Alta confiabilidade
• Ajuste sem etapas do fator de potência.
• Sem geração de harmônicos de manutenção 
• As falhas podem ser removidas facilmente
• Não é afetado por harmônicos.
• Requer baixa manutenção (apenas lubrificação periódica do rolamento é necessária)

Desvantagens:

• É caro (o custo de manutenção também é alto) e, portanto, usado principalmente por grandes usuários avançados.
• Um dispositivo auxiliar deve ser usado para esta operação porque o motor síncrono não possui torque de partida automática
• Produz ruído

3. Avanço de fase

Avanço de fase é um excitador CA simples que é conectado no eixo principal do motor e opera com o circuito do rotor do motor para melhorar o fator de potência. Avanço de fase é usado para melhorar o fator de potência do motor de indução nas indústrias.

Como os enrolamentos do estator do motor de indução levam a corrente atrasada 90° fora de fase com a tensão, portanto, o fator de potência do motor de indução é baixo. Se os ampères-espira excitados forem excitados por uma fonte CA externa, então não haverá efeito da corrente de excitação nos enrolamentos do estator. Portanto, o fator de potência do motor de indução será melhorado. Este processo é feito pelo avançado de fase.
Vantagens:

• KVAR atrasado (componente reativo de potência ou potência reativa) consumido pelo motor é suficientemente reduzido porque as voltas de ampères excitantes são fornecidas na frequência de escorregamento (fs).
• O avançador de fase pode ser facilmente usado onde o uso de motores síncronos é inaceitável

Desvantagem:

• O uso do avançado de fase não é econômico para motores abaixo de 200 H.P. (cerca de 150 kW)

Melhoria do fator de potência em conexões estrela e delta monofásicas e trifásicas

Melhoria do fator de potência em sistema trifásico conectando um banco de capacitores em(1). Conexão delta(2). Conexão Estrela)

Melhoria do fator de potência na conexão estrela delta monofásica e trifásica

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