Factor de Corrección de Potencia (PFC)


  • MODERADOR

    He traducido una parte de una guia colgada en silentpcreview, agradeceria que la gente que esté más puesta en este tema le hecho un vistazo y me diga que frases cambiaria porque la verdad es que algunas suenen muy mal y forzadas (sobretodo los tecnicismos) :p He dejado el link a la guia original.
    Una vez esté acabada será otra fuente de información al alcance de los foreros.
    Si tengo tiempo traduciré toda la guia y este post pasaria a formar parte de uno más grande.

    Factor de Corrección de Potencia (PFC)

    Cada vez más, las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) son diseñadas con una etapa de corrección de factor de potencia (PFC) Activa. Esto se debe principalmente para cumplir las nuevas regulaciones dirigidas para contrarrestar el contenido armónico que la corriente de la carga inyecta en las líneas de energía. Tanto los usuarios como las compañías se benefician del PFC, al igual que el medio ambiente.

    El Factor de Correction de Potencia (PFC) puede ser definido como la reducción del contenido armónico, y/o el alineamiento del ángulo de la fase de la corriente de entrada de modo que esté en fase con el voltaje de línea. Matemáticamente, el Factor de Potencia (PF) es igual a la potencia real dividida entre la potencia aparente. El concepto básico es hacer que la entrada parezca una resitencia pura. Las resistencias tienen un factor de potencia de 1 (unidad). Esto permite que el sistema de la distribución de energía funcione en la eficacia máxima, lo que reduce la consumo de energía.

    Las fuentes de alimentación sin PFC utilizan un filtro capacitivo en la entrada de la AC. Esto da lugar a la rectificación de la línea de la AC; causa altos picos de corriente en las crestas de Tension Alterna. Estos picos de corrientes no linales conducen a unas excesivas caídas de voltaje en el cableado y a problemas de desequilibrio en las fuentes de alimentacion trifàsicas. La energía potencial de la línea de alterna no se utiliza al completo. Los picos de corriente no lineales también distorsionan el voltaje de la salida y crean armónicos. Hay un estándar internacional para los armónicos que controlan (IEC100-3-2) y el PFC es obligatorio para los aparatos electrodomésticos que consumen 70W o más energía en las naciones del EU en fecha enero de 2001.

    Los circuitos PFC están clasificados en 2 tipos: Activos y Pasivos:

    El PFC Pasivo utiliza elementos pasivos tales como un nucleo de ferrita en la entrada de la fuente para crear una reactancia que contrarreste. Aunque se puede añadir fácilmente al circuito existente, sin mucha modificación, el factor de la potencia es bajo (60 - el 80%), la entrada de la AC se debe seleccionar(115VAC/230VAC), y los armónicos producidos de la diferencia entre la capacitancia y la inductancia son difíciles de controlar. El ruido electromagnético puede resulta significativo.

    El PFC Activo utiliza tecnología reguladora de conmutación con los elementos activos tales como IC, FET y diodos, para crear un circuito de PFC. Este circuito tiene un factor de potencia teórico de aproximadamente el 95%, reduce armónicos totales perceptiblemente, y ajusta automáticamente la tensión de entrada . Sin embargo, requiere un filtro emi Complejo y un circuito de entrada de la fuente, y es más costoso construir.

    Las ventajas del Factor de Potencia elevado para el usuario, provienen de las reducidas perdidas de corriente en las fuentes de alimentación de FP alto, no en algún ahorro en la factura de la electricidad, salvo en el caso de utilidad comercial, los cuales pagan V(oltage) x A(mperes).
    Hay dos amplias consecuencias:

    Menos esfuerzo en el cableado eléctrico de la AC: La menor corriente absorvida por una fuente de alimentación de alto FP significa que hay menos esfuerzo en el cableado eléctrico del edificio. Esto puede ser un gran punto a favor en el caso de edificios antiguos con cableados de menor capacidad para conducir alterna. Es ciertamente fácil ver las ventajas en la situación de una empresa donde las docenas, o los centenares de los PC, están absorviendo energía. Si el total de la carga actual del departamento de IT se pudiera reducir en un 30% o más, esto sería muy significativo en ahorros directos de la electricidad, coste reducido del aire acondicionado, y la evitación posible de recablear el edificio.

    Reducción de los costes de la UPS: (UPS, uninterruptible power systems); (SAIS, sistemas de alimentacion ininterrumpidos) Una menor corriente absorvida tambien implica que se pueden usar unidades SAI´s de menor capacidad. Mientras que las unidades SAI´s se tasan en la proporción directa a su capacidad (VA), un Fp de 0.98 contra uno de 0.6 se puede traducir en una reducción del 40% en coste de compra. Una vez más en una empresa que fija con centenares o millares de PC, los ahorros pueden ser muy significativos.

    Mitos del PFC
    Hay los mitos sobre la corrección de factor de energía que continúan siendo propagados por la gente "enterada". Abordemos dos los más comunes:

    ¿Un FP más alto reduce mi factura de la electricidad? No, si eres un usuario casero. Si eres un empresario con muchos PCs y pagas no solamente potencia activa (P)(W); sino también reactiva (Q)(VA), entonces sí. Para más detalles, vea la discusión de PFC arriba.

    ¿Hace el PFC una fuente de alimentación más eficiente? No, la corrección del factor de potencia es aplicada generalmente por un circuito de entrada, que usa una cantidad pequeña de la energía de entrada. Con dos fuentes de alimentación que sean idénticas, equipar uno de PFC causará una caída típica de la eficacia entorno al 2~4%. Muchas fuentes de alimentación que tienen PFC activo también tienen una alta eficiencia, mientras que el PFC Activo se encuentra generalmente en fuentes de alimentación de más de alta calidad, aunque los dos hechos no estan intrínsecamente relacionados.

    Editado: Mi traducción ha sido corregida por hardpit (ésta ya es la buena).



  • O sea que es el equivalente a las baterias de condensadores que hay que colocar cuando la carga es muy reactiva para poder disminuir la potencia aparente y equilibrar el coseno de phi.


  • MODERADOR

    Eso entendí cuando kynes dijo:
    @kynes:

    Respecto a lo que comentas de la compañía eléctrica, demuestras no tener conocimientos cuando hablas. Por ley, en Europa está prohibido que un consumidor doméstico tenga un cos phi inferior a 0'95, por eso se introduce la obligación legal de PFC (al menos pasivo) en las fuentes de alimentación. Se supone que en una vivienda no todos los consumos tienen un valor de reactancia elevado, por lo que el consumo de los aparatos resistivos (como son las planchas, calentadores, bombillas de resistencia) compensa a los aparatos con desfase (como son los aires acondicionados, las bombillas reactivas como los fluorescentes, las fuentes de alimentación…)

    El PFC no filtra la señal hacia dentro, en eso te equivocas, ejerce un efecto similar a un filtrado hacia fuera del ordenador. Los armónicos que comentas, y de los que hablas pareciendo que no sabes lo que son, es un efecto debido al carácter reactivo de los condensadores y de las bovinas. Tanto unos como otros almacenan energía (mediante campos electromagnéticos) y la devuelven a la red desfasada respecto a la senoide. Debido a esto, al proceso de captar y devolver energía, se produce un consumo en las líneas, pero no en el aparato, por lo que tener un factor de potencia bajo no produce gasto en kW/h, ya que la energía que se adquiere por las reactancias se devuelve con posterioridad, y solo se pierde una cantidad ínfima en los cables que conectan el PC a la toma de corriente.


  • Veteranos HL

    @xpuerto:

    O sea que es el equivalente a las baterias de condensadores que hay que colocar cuando la carga es muy reactiva para poder disminuir la potencia aparente y equilibrar el coseno de fi.

    Posi es para no echar tanta mano de la reactiva, aunque ciertamente el tema de la reactiva a nivel industrial es muy impórtate por la reducción de costos a nivel de usuario individual económicamente no repercute, esto más bien es importante si uno es ecologista y quiere que su fuente no obligue a la empresa de electricidad ha producir más reactiva (y por tanto más energía de la necesaria) de la que es necesaria para que funcionen los aparatos electrónicos que la usan.



  • La respuesta de Kynes no la habia leido pero es perfecta (como era de esperar).

    Tambien es muy importante el tema de los harmónicos que se inducen en la Red Eléctrica (en el sentido PC->Red Electrica).

    Y ahora estaba pensando en el efecto conjunto de los 250 ordenadores de la escuela. Suerte que en la acometida hay una bateria de condensadores para equilibrar el coseno de phi y si la memoria no me falla un contador de reactiva (si no passaramos mucho la compañia electrica tomaria medidas).



  • Buenas compañeros

    Como me dedico precisamente al mundo de la electricidad y sobre todo a la compensacion del coseno de phi, incluyendo la compensacion con presencia de armonicos intentare aclarar un poco el tema.

    Para los que estais puestos en el mundo de la electricidad es mas que conocido el triangulo de potencias, donde se representa como hipotenusa la potencia aparente (S), la potencia activa o util (P) y la potencia reactiva (Q).

    La P es la potencia util que "hace funcionar" las cosas, es decir que se encienda la luz, que funcione un motor, o que furrule nuestro querido pc por ejemplo, mientras que la Q es una potencia no util y de caracter fluctuante que aparece por el caracter mas inductivo (reactiva inductiva) o mas capacitivo (reactiva capacitiva) de la instalacion electrica objeto del estudio.

    Es facil adivinar que a mayor Q, el angulo phi entre S y P es mayor, por lo que su coseno se aleja de la unidad (famoso coseno de phi), por lo que se usa de referencia a la hora de evaluar la cantidad de Q que se consume en la instalacion.

    A nivel domestico no ocurre, pero a nivel industrial se penaliza el consumo de Q debido a que por el mismo cable debe circular la corriente activa o util, y la corriente reactiva, lo que implica que a la misma seccion menos P podemos trasmitir ademas de un aumento de las perdidas por efectos joule y demas. por eso las compañias electricas meten una penalizacvion (te cobran mas) si consumes mucha Q (de caracter inductivo)

    Es hay donde se aplica la instalacion de baterias de condensadores, ya que la Q inductiva es debida a inductancias (bobinas de motores por ejemplo) y la Q generada por un condensador es antagonista a la Q generada por una inductancia, por lo que si son de igual valor su suma es cero y te has cargao la Q, por lo que automaticamente pasas a tener coseno de phi unidad y te dejan de penalizar esa pasta;)

    Otra cuestion son los armonicos, toda carga no lineal en un circuito electrico nos generara pertubaciones que (algunas de ellas) reciben el nombre de armonicos. POr cargas no lineales se entienden los diodos, tiristores, igbt´s y demas interruptores estaticos usados en la elecronica de potencia como es el caso de nuestras fuentes de alimentacion de los pc, variadores de velocidad de motores, etc.

    Estas pertubaciones conocidas como armonicos, generan perdidas extras en los cables, se reporduce el efecto skin en los conductores aumentando su temperatura y afectan a la aparamenta electronica. Cuando se tienen en cuenta los armonicos es cuando se llama al coseno de phi FACTOR DE POTENCIA.

    Por eso las fuentes, en cumplimiento de la citada normativa deben de llevar algun sistema de filtrado que reduzca de manera significativa el nivel de armonicos y ya puestos si tienen un buen factor de potencia mejor por que mejor rendimiento da la fuente por W consumido.

    El pasivo no es mas que colocar inductancia-condensador de forma que se hace un filtro pasa bajos, mientras que el activo lo que busca es inyectar corrientes armonicas de sentido contrario a las existentes con el fin de que se anulen y reducir drasticamente la tasa de distorsion armonica que se devuelve a la red.

    Perdonar la chapa, pero queria que distinguierais entre cosphi, fp y a que se debe el tema de los filtrados.

    PD: Si teneis una oficina y os disparan los diferenciales de vez en cuando sin motivo aparente decirmelo y os dire porque:P
    PD: El segundo parrafo de la cita de kynes que hace krampak define a la perfeccion la naturaleza de la potencia reactiva (Q) y sus efectos. Es un crack
    UN saludo



  • Explicanos lo de los diferenciales. Porfa.


  • Veteranos HL

    @HELLCAT:

    PD: El segundo parrafo de la cita de kynes que hace krampak define a la perfeccion la naturaleza de la potencia reactiva (Q) y sus efectos. Es un crack

    Sobre todo en las faltas de ortografía. No me imagino una vaquita en un circuito eléctrico :D



  • JAJAJAJAJA….ok kynes;)

    Los disparos "intempestivos" de diferenciales pueden ser logicamente por que hay un defecto real en la instalcion y tenemos una fase a tierra o alguna burrada de estas. Pero de echo las fuentes de alimentacion de los pcs fugan a tierra una pequeña corriente.

    Esto se debe, a que ademas del filtrado de los armonicos tambien deben de filtrar radiaciones de alta frecuencia o EMI, por lo que el filtro colocado a tierra conduce esas EMIs "lejos" del circuito de nuestra instalacion.

    Por desgracia las matematicas estan para fastidiar...Xc=-1/wc, y como w=2pif, donde f es la frecuencia....a 50Hz (frecuencia fundamental) tendremos una pequeña corriente que se "fuga" a tierra sin ser un defecto de la instalcion y que el diferencial "ve".

    Si tenemos varios ordenadores en una misma linea, las corrientes de fuga facilmente pueden llegar a los 15-20 mA, y los diferenciales clasicos de toda la vida, los electromecanicos disparan a partir del 50% de la corriente seleccionada, es decir que si el diferencial que protege esa linea es electromecanico de 30 mA nos acabara disparando de forma intempestiva y cuando le de la gana.

    Solucion: diferenciales electronicos superinmunizados: al ser electronicos disparan a aprtir del 80% lo que nos da mas amrgen y superinmunizados para que las pertubaciones existentes en la red no afecten a su funcionamiento y disparen intempestivamente (explicado a grosso modo)

    Un saludo y feliz año



  • Cierto!

    Son los que los pusimos. ;)

    Con los ordenadores viejos (pentium + fuente AT + monitor de 14") todo iba sobre ruedas (mas o menos) pero cuando llegó la siguiente generación (pentium III + fuente ATX + monitor de 15" o 17") empezaron a saltar los diferenciales. Despues de muchas pruebas la solución fue cambiar los diferenciales por otro modelo menos "sensible" que en catalogo aparecia como "especial" para ordenadores.

    Aun así el numero máximo recomendado de ordenadores por diferencial creo que es de 8 ó 10 y ultimamente para evitar problemas lo que hago es colocar un diferencial independiente cada 8 ordenadores (la típica aula de 24 tiene, por tanto, 4 diferenciales y 4 circuitos y si puedo, como mínimo, un par de magnetotermicos).



  • Buenas Xpuerto

    Lo que haces me parece perfectamente valido y mas lo de colocar dos automaticos o mas siempre que puedas. Los ordenadores son grandes generadores de armonicos, en especial el 3º que repercute en el neutro de la instalacion y puedes tener disparos por exceso de corriente por el neutro.

    Lo ultimo son diferenciales con visualizacion de la fuga en verdadero valor eficaz….puedes ver la fuga que te generan los ordenadores por ejemplo y seleccionar el tiempo y la sensibilidad de forma precisa:P

    un saludo


  • MODERADOR

    Magnífica aportación HELLCAT :sisi: Ya de paso podrias intentar hacer inteligible mi traducción porque algunas frases parecen extraterrestres y yo no se las palabras adecuadas para traducirlo :vayatela: :D



  • Pues creo que algun moderador deberia ponerle una chincheta a este pedazo de guia, esta muy bien.



  • Buenas a todos

    No te preocupes Krampak, Hardpit se ha puesto manos a la obra y esta traduciendolo.

    saludos


  • MODERADOR

    Ok :) Supongo que podrá aprovechar gran parte de mi escrito :p



  • Seguro que hay algún que otro fallo, pero por intentarlo que no quede:

    Cada vez más, las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) son diseñadas con una etapa de corrección de factor de potencia (PFC) Activa. Esto se debe principalmente para cumplir las nuevas regulaciones dirigidas para contrarrestar el contenido armónico que la corriente de la carga inyecta en las líneas de energía. Tanto los usuarios como las compañías se benefician del PFC, al igual que el medio ambiente.

    El Factor de Correction de Potencia (PFC) puede ser definido como la reducción del contenido armónico, y/o el alineamiento del ángulo de la fase de la corriente de entrada de modo que esté en fase con el voltaje de línea. Matemáticamente, el Factor de Potencia (PF) es igual a la potencia real dividida entre la potencia aparente. El concepto básico es hacer que la entrada parezca una resitencia pura. Las resistencias tienen un factor de potencia de 1 (unidad). Esto permite que el sistema de la distribución de energía funcione en la eficacia máxima, lo que reduce la consumo de energía.

    Las fuentes de alimentación sin PFC utilizan un filtro capacitivo en la entrada de la AC. Esto da lugar a la rectificación de la línea de la AC; causa altos picos de corriente en las crestas de Tension Alterna. Estos picos de corrientes no linales conducen a unas excesivas caídas de voltaje en el cableado y a problemas de desequilibrio en las fuentes de alimentacion trifàsicas. La energía potencial de la línea de alterna no se utiliza al completo. Los picos de corriente no lineales también distorsionan el voltaje de la salida y crean armónicos. Hay un estándar internacional para los armónicos que controlan (IEC100-3-2) y el PFC es obligatorio para los aparatos electrodomésticos que consumen 70W o más energía en las naciones del EU en fecha enero de 2001.

    Los circuitos PFC están clasificados en 2 tipos: Activos y Pasivos:

    El PFC Pasivo utiliza elementos pasivos tales como un nucleo de ferrita en la entrada de la fuente para crear una reactancia que contrarreste. Aunque se puede añadir fácilmente al circuito existente, sin mucha modificación, el factor de la potencia es bajo (60 - el 80%), la entrada de la AC se debe seleccionar(115VAC/230VAC), y los armónicos producidos de la diferencia entre la capacitancia y la inductancia son difíciles de controlar. El ruido electromagnético puede resulta significativo.

    El PFC Activo utiliza tecnología reguladora de conmutación con los elementos activos tales como IC, FET y diodos, para crear un circuito de PFC. Este circuito tiene un factor de potencia teórico de aproximadamente el 95%, reduce armónicos totales perceptiblemente, y ajusta automáticamente la tensión de entrada . Sin embargo, requiere un filtro emi Complejo y un circuito de entrada de la fuente, y es más costoso construir.

    Las ventajas del Factor de Potencia elevado para el usuario, provienen de las reducidas perdidas de corriente en las fuentes de alimentación de FP alto, no en algún ahorro en la factura de la electricidad, salvo en el caso de utilidad comercial, los cuales pagan V(oltage) x A(mperes).
    Hay dos amplias consecuencias:

    Menos esfuerzo en el cableado eléctrico de la AC: La menor corriente absorvida por una fuente de alimentación de alto FP significa que hay menos esfuerzo en el cableado eléctrico del edificio. Esto puede ser un gran punto a favor en el caso de edificios antiguos con cableados de menor capacidad para conducir alterna. Es ciertamente fácil ver las ventajas en la situación de una empresa donde las docenas, o los centenares de los PC, están absorviendo energía. Si el total de la carga actual del departamento de IT se pudiera reducir en un 30% o más, esto sería muy significativo en ahorros directos de la electricidad, coste reducido del aire acondicionado, y la evitación posible de recablear el edificio.

    Reducción de los costes de la UPS: (UPS, uninterruptible power systems); (SAIS, sistemas de alimentacion ininterrumpidos) Una menor corriente absorvida tambien implica que se pueden usar unidades SAI´s de menor capacidad. Mientras que las unidades SAI´s se tasan en la proporción directa a su capacidad (VA), un Fp de 0.98 contra uno de 0.6 se puede traducir en una reducción del 40% en coste de compra. Una vez más en una empresa que fija con centenares o millares de PC, los ahorros pueden ser muy significativos.

    Mitos del PFC
    Hay los mitos sobre la corrección de factor de energía que continúan siendo propagados por la gente "enterada". Abordemos dos los más comunes:

    ¿Un FP más alto reduce mi factura de la electricidad? No, si eres un usuario casero. Si eres un empresario con muchos PCs y pagas no solamente potencia activa (P)(W); sino también reactiva (Q)(VA), entonces sí. Para más detalles, vea la discusión de PFC arriba.

    ¿Hace el PFC una fuente de alimentación más eficiente? No, la corrección del factor de potencia es aplicada generalmente por un circuito de entrada, que usa una cantidad pequeña de la energía de entrada. Con dos fuentes de alimentación que sean idénticas, equipar uno de PFC causará una caída típica de la eficacia entorno al 2~4%. Muchas fuentes de alimentación que tienen PFC activo también tienen una alta eficiencia, mientras que el PFC Activo se encuentra generalmente en fuentes de alimentación de más de alta calidad, aunque los dos hechos no estan intrínsecamente relacionados.

    PD:Solo he tenido que meter pequeños matices y rectificaciones la la traduccion de Krampak, si véis algun fallo más no os cortéis.


  • Veteranos HL

    A ver que yo me entienda, que para esto soy un poco tarugo. Yo pensaba que el PFC lo que hacia era que la fuente fuse mas efectiva al dar voltajes, pero no. Creo que lo que se dice aqui es que el PFC hace que la fuente "tire" menos de electricidad para que se consuma menos (se que 1 pc en una casa ni te enteras en la factura) y que respete el cableao y demas componentes electricos donde esta el aparato con PFC. O me he colado? que uno si lo sacas de lo suyo lo matas :)



  • A grosso modo se intenta que la energia cedida por la fuente llegue lo más íntegra posible,a la carga, sin pérdidas por desfase, si ésta tiene carácter reactivo, y sin contenido armónico.



  • Buenas de nuevo

    Una fuente puede dar unos voltajes cojonudos sin falta de llevar PFC, ya sea pasivo o activo, la calidad del suministro electrico de la fuente unicamente tiene que ver con su diseño y la calidad de los componentes aplicados en su fabricacion.

    El error surge debido a que por norma general las fuentes de calidad incorporan el PFC (pasivo o activo), pero no para nosotros que tenemos uno o dos pc´s en casa si no para las oficinas con decenas de pc´s o para empresas de servidores donde si tienen contratos de consumo de cierta relevancia y donde si les pueden facturar kvar/h

    Es decir, el PFC solo habla de mejorar el coseno de phi, mas conocido como compensacion de energia reactiva, pero como las fuentes de alimentacion son generadores de armonicos se incluye la compensacion de armonicos, pero son cosas distintas: Puedes tener compensacion de energia reactiva, compensacion de armonicos y ambos.


  • MODERADOR

    Gracias por los matices hardpit, ya he editado mi primer post. Fijo la rama en espera de que me anime a traducir toda la guia de silentpc (y luego que hardpit le heche un repasito :p )


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