Facteur de puissance

Le facteur de puissance est une caractéristique d'un récepteur électrique.



Catégories :

Électricité - Électrotechnique

Page(s) en rapport avec ce sujet :

  • En effet, le facteur de puissance est une composante importante de la... qu'on peut obtenir la même puissance active pour un courant apparent plus faible.... (source : )

Le facteur de puissance est une caractéristique d'un récepteur électrique.

Pour un dipôle électrique alimenté en régime de courant variable au cours du temps (sinusoïdal ou non), il est égal à la puissance active consommée par ce dipôle divisée par le produit des valeurs efficaces du courant et de la tension (puissance apparente). Il est toujours compris entre 1 et 0.

\lambda = \frac{P}{UI} = \frac PS \,

En particulier, si le courant et la tension sont des fonctions sinusoïdales du temps, le facteur de puissance est égal au cosinus du déphasage entre le courant et la tension.

\lambda = \cos \varphi  \,

Le facteur de puissance est un paramètre qui rend compte de l'efficacité qu'a un dipôle pour consommer de la puissance quand il est traversé par un courant. Une comparaison mécanique envisageable serait le facteur d'embrayage d'une boîte de vitesses :

Importance du facteur de puissance pour le distributeur

Les distributeurs d'électricité facturent le plus souvent et uniquement la puissance active consommée. Les pertes dans les lignes ne sont pas facturées. Or celles-ci dépendent de l'intensité apparente nommée par les consommateurs (pertes par effet Joule). Si le facteur de puissance d'une installation est faible, l'intensité nommée est grande mais la puissance consommée est faible. C'est pourquoi, pour les gros consommateurs (installations raccordées à la haute tension), la facturation ne tient pas seulement compte de la puissance active consommée. En France, cette facturation est particulièrement complexe. Elle est réglementée par le ministère de l'industrie : JO n° 170 du 23 juillet 2002, pages 12600 et suivantes. Elle ne concerne aujourd'hui que les clients raccordés à la haute tension, les mois d'hiver et au cours des heures pleines.

On peut aussi illustrer cela par un petit exemple : Soit un dipôle purement réactif (un condensateur par exemple) traversé par un courant d'intensité 1 A sous 220 volts. Ce dipôle introduisant un déphasage de pi/2 entre la tension et le courant, Le facteur de puissance, cos (phi) est nul. La puissance active, facturée par le distributeur, est par conséquent nulle. Pourtant, la puissance apparente vaut 220 VA et il passe réellement 1A dans la ligne, ce qui implique des pertes par effet joule et oblige le distributeur à dimensionner son matériel (transformateurs, lignes, ... ) en conséquence.


Pour le consommateur, la puissance réactive ainsi "consommée" n'est en fait qu'un échange de charges électriques entre le générateur et le dipôle, de puissance moyenne nulle sur la période.

Facteur de puissance en régime sinusoïdal de courant

Effet du facteur de puissance

Courbes représentant l'évolution dans le temps de la tension V (t), du courant I (t) et de la puissance P (t) selon le temps mais aussi la valeur moyenne de la puissance. Courbe du haut : facteur de puissance = 1 ; courbe du milieu : 0, 7 ; courbe du bas : 0, 2.

Le schéma ci-contre représente la puissance instantanée (produit de la tension et du courant instantanés) consommée par un dipôle soumis à une tension de 230 V et traversé par un courant de 18 A dans 3 cas :

Amélioration du facteur de puissance

En triphasé, on utilise les définitions des puissances suivantes pour intermédiaires de calculs :

D'où  Q = tan \varphi \cdot P \,

En France, pour les industriels alimentés en haute tension, la partie de puissance réactive totale  Q_T \, est gratuite à concurrence de  0,4 \cdot P_T \,. L'excédent est facturé pendant les heures pleines des mois d'hiver (Décret n° 2002-1014 du 19 juillet 2002 [1]). Il est toujours judicieux de modifier l'impédance de sa charge pour minimiser sa puissance réactive.

Utilisation de batterie de condensateurs

A l'aide de la méthode de Boucherot, on détermine la valeur minimale de  Q_C \,, puissance réactive toujours négative des condensateurs, de façon à ce que

 Q_T + Q_C = 0,4 \cdot P_T \, (L'industrie utilisant surtout des machines inductives,  Q_T \, est positive)

On en déduit ensuite la valeur minimale des capacités à ajouter au circuit pour respecter le cahier des charges prévu.

Ces batteries de condensateurs sont quelquefois agencées en filtre anti-harmonique.

Utilisation de compensateurs synchrones

Certaines entreprises utilisent des génératrices synchrones pour produire des courants en avance sur la tension pour compenser le retard des courants consommés par les moteurs électriques.

Utilisation de FACTS

Les dispositifs FACTS sont des équipements à base d'électronique de puissance qui ont pour vocation de perfectionner la qualité de l'énergie électrique. Parmi eux, certains comme les SVC autorisent la fois une régulation de la tension et un progrès du facteur de puissance.

Facteur de puissance et facteur de qualité

En électronique on définit un facteur de qualité pour les dipôles oscillants qui est d'autant plus grand que le facteur de puissance est faible. La raison en est que la perspective n'est pas la même en électronique et en électrotechnique.

Facteur de puissance en régime non-sinusoïdal de courant

Dans le cas où le courant absorbé n'est pas sinusoïdal, le problème est plus complexe : même si le courant est en phase avec la tension (le facteur de déplacement est nul), la puissance n'est pas égale au produit des valeurs efficaces


Deux méthodes d'études sont le plus souvent utilisées :

Définitions

Le calcul de la puissance active donne comme résultat :

 P = U \cdot I_1 \cdot cos \varphi_1 \,

D'autre part la puissance apparente  S  \, peut s'écrire :

 S =\sqrt { Pˆ2 + Qˆ2 +Dˆ2} \,

Avec les définitions des intermédiaires de calcul suivants :

et :

Détail des calculs

on a :  Sˆ2 =Uˆ2 \cdot Iˆ2 \,

avec :

 Uˆ2 =U_1ˆ2 \,
 Iˆ2 =I_1ˆ2 +I_2ˆ2 + ... I_nˆ2 + ...  \,

d'où :

 Sˆ2 = Uˆ2 \cdot I_1ˆ2 + Uˆ2 \cdot  I_2ˆ2+ ... + Uˆ2 \cdot  I_nˆ2+ ... \,
 Sˆ2 = (U\cdot I_1 \cos \varphi_1)ˆ2 + (U\cdot I_1 \sin \varphi_1)ˆ2 + Uˆ2 \cdot  I_2ˆ2+ ... + Uˆ2 \cdot  I_nˆ2+ ... \,
 Sˆ2 = Pˆ2 + Qˆ2 + Uˆ2 \cdot ( I_2ˆ2+ ... +   I_nˆ2+ ...) \,
 Sˆ2 = Pˆ2 + Qˆ2 + Uˆ2 \cdot I_hˆ2 \,

Voir aussi

Liens externes

Notes

  1. Décret n° 2002-1014 du 19 juillet 2002 fixant les tarifs d'utilisation des réseaux publics de transport et de distribution d'électricité en application de l'article 4 de la loi n° 2000-108 du 10 février 2000 relative à la modernisation et au développement du service public de l'électricité

Recherche sur Amazon (livres) :



Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/Facteur_de_puissance.
Voir la liste des contributeurs.
La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
Ce texte est disponible sous les termes de la licence de documentation libre GNU (GFDL).
La liste des définitions proposées en tête de page est une sélection parmi les résultats obtenus à l'aide de la commande "define:" de Google.
Cette page fait partie du projet Wikibis.
Accueil Recherche Aller au contenuDébut page
ContactContact ImprimerImprimer liens d'évitement et raccourcis clavierAccessibilité
Aller au menu