Cos ϕ vs. facteur de puissance λ
Ce rapport technique traite de la distinction entre le facteur de puissance et le cosinus phi. Le cosinus phi, autrefois largement connu comme le rapport entre la puissance active et la puissance apparente, a toutefois une signification différente pour de nombreux consommateurs aujourd’hui. Il existe une différence frappante dans la définition du calcul du facteur de puissance ou du cosinus phi.
La formule du facteur de puissance (Lambda) montre que ce dernier représente la tension multipliée par le courant fondamental et le cosinus de l’angle Phi (déphasage entre la tension fondamentale et le courant fondamental).
Par rapport à la puissance apparente (U x I), le facteur de puissance est défini comme le rapport entre la puissance active et la puissance apparente.
Le facteur de puissance et le cosinus Phi ne sont identiques que si le courant et la tension d’un réseau sont sinusoïdaux (sans harmoniques). Toutefois, cela est rarement vrai de nos jours, car dans la pratique, le courant comporte au moins des harmoniques et s’écarte souvent fortement d’une onde sinusoïdale pure.
Dans ce cas, outre la puissance réactive fondamentale, la puissance réactive harmonique ou la puissance réactive de distorsion est également obtenue dans le réseau.
Le triangle de puissance, composé de la puissance active, de la puissance réactive et de la puissance apparente, s’est maintenant étendu à une construction tridimensionnelle. Cette extension inclut la prise en compte de la puissance réactive fondamentale (Q-50), qui peut être capacitive ou inductive. L’angle entre la puissance active et la puissance réactive est donc de 90 degrés. La troisième dimension du triangle de puissance comprend la puissance réactive de distorsion (D) des harmoniques, qui est à angle droit par rapport à la puissance réactive fondamentale. Pour obtenir la puissance réactive totale d’un circuit, il faut les additionner au carré. Pour obtenir la puissance apparente, il faut additionner au carré la puissance active (Q) et la puissance réactive, qui sont perpendiculaires l’une à l’autre. La puissance apparente est définie par la formule tension x courant.
Un exemple pratique de ce principe peut également être trouvé dans la vidéo présentée ici :
Une boîte PQ est utilisée pour mesurer une tension d’une fréquence de 50 Hertz. Le courant a une fréquence de 150 Hertz. En multipliant les prélèvements, on calcule maintenant une puissance à partir de ces deux fréquences. À certains moments, la puissance est positive et s’écoule du réseau vers le consommateur. Il existe également une courbe de puissance rouge qui est négative et se situe dans la plage négative. Par définition, c’est là que la puissance est poussée du consommateur vers le réseau (signe négatif de la puissance).
Dans la technologie de mesure de la puissance, il est nécessaire de toujours intégrer la puissance sur la zone. Dans le réseau à 50 hertz, le plus petit intervalle de mesure est une demi-onde sinusoïdale, soit 10 millisecondes. Pour calculer la puissance, l’aire sous la courbe de puissance est intégrée sur cette période. Dans cet exemple, l’intégration des courbes de puissance vertes au-dessus de la ligne zéro donne une valeur de 118 watts, tandis que la courbe rouge plus grande située sous la ligne zéro a une valeur de moins 118 watts. L’intégrale de la puissance totale sur 10 millisecondes donne une valeur de zéro, ce qui indique une puissance oscillante, définie comme une puissance réactive. Bien que cette puissance réactive charge notre ligne et le transformateur, il n’est pas nécessaire de la générer en tant que puissance active. Dans la pratique, toutes les harmoniques de courant sont multipliées par l’oscillation fondamentale de la tension pour calculer la puissance réactive de distorsion. Étant donné que l’oscillation fondamentale de la tension domine et que les autres harmoniques de tension ne jouent généralement pas un rôle majeur, on peut les négliger dans la technique de mesure.
La puissance réactive est un type de puissance présente dans un réseau électrique qui n’est pas utilisée, mais qui sert uniquement à augmenter la charge du réseau et les pertes dans le réseau.
Il existe les types de puissance réactive suivants:
- Puissance réactive fondamentale
- Puissance réactive harmonique/distorsion
- Puissance réactive de déséquilibre
- Puissance réactive de modulation.
Il existe différents remèdes pour chaque type de puissance réactive:
La puissance réactive correspond à l’écart entre la puissance apparente affichée dans un réseau et la puissance active réelle utilisée par l’équipement.
Une puissance réactive déséquilibrée se produit lorsque les charges d’un réseau triphasé sont déséquilibrées. Cela peut se produire, par exemple, en raison d’une différence de puissance sur les trois phases L1, L2 et L3. Bien que la puissance apparente et la puissance active par phase soient égales dans ce cas, il en résulte une puissance réactive dans l’ensemble du système, appelée puissance réactive déséquilibrée. Pour réduire cette puissance réactive, on peut utiliser, par exemple, un système de compensation des déséquilibres qui compense les courants déséquilibrés et minimise ainsi la puissance réactive.
La puissance réactive de modulation est causée par de grandes fluctuations dans la modulation du courant, comme dans les régulateurs de packs d’oscillation. Il existe aujourd’hui de nombreux types de puissance réactive, que les analyseurs de puissance modernes tels que la boîte PQ évaluent et enregistrent individuellement.
La puissance réactive totale collective est la somme carrée de tous les types de puissance réactive.
Cette puissance réactive totale collective explique donc l’écart entre la puissance active et la puissance apparente. Il convient de noter que la puissance réactive collective n’a jamais de signe, puisque tous les types de puissance réactive sont additionnés au carré et que, par conséquent, le signe est toujours positif. Seule la puissance réactive fondamentale peut avoir un signe. Un signe négatif si elle est capacitive et un signe positif si cette puissance réactive fondamentale est inductive.
L’utilisation d’un convertisseur de fréquence sert d’exemple pratique. Dans ce cas, un pont redresseur B6 avec 4 diodes est installé avant le variateur. Les tensions ou courants triphasés sont ainsi redressés et envoyés à l’entrée du convertisseur. Sur la figure n° 7, il est facile de voir que le courant et la tension sont en phase, exprimant un cosinus phi proche de 1. Cependant, les analyseurs de puissance indiqueront une puissance réactive importante pour cette charge, puisque le facteur de puissance (rapport entre P et S) est de 0,85. L’analyse du courant montre que les cinquième et septième harmoniques de courant sont présents dans ce cas, jusqu’à 160A. Ces harmoniques de courant entraînent une distorsion de la puissance réactive.
Une autre vidéo montre, sur un exemple pratique, les types de puissance réactive sur la base d’un contrôle de l’angle de phase.
Auteur
Jürgen Blum, chef de produit Power Quality Mobil
