facteur de puissance

Dans un circuit CA, les ondes de tension et de courant peuvent se désynchroniser. Le facteur de puissance quantifie ce décalage. C'est le cosinus de l'angle de phase entre la tension et le courant, exprimé sous forme décimale entre 0 et 1, ou parfois en pourcentage. Un facteur de puissance de 1,0 (ou 100 %) signifie que la tension et le courant sont parfaitement synchronisés ; chaque ampère circulant dans le circuit contribue à la puissance réelle et utilisable. Un facteur de puissance de 0,8 signifie que seulement 80 % du courant que vous tirez effectue réellement un travail ; le reste est un courant réactif qui oscille sans fournir d'énergie.

La distinction est importante car les services publics vous facturent la puissance apparente (mesurée en volt-ampères), mais seule la puissance réelle (mesurée en watts) effectue un travail utile. Si votre usine utilise des moteurs, des transformateurs et des ballasts fluorescents, votre charge est inductive, ce qui pousse le courant en avance sur la tension. Le courant est en avance sur la tension dans les charges capacitives. Dans les deux cas, l'angle de phase s'élargit, le facteur de puissance diminue et votre compteur indique une puissance apparente plus élevée que le travail réel effectué. Une installation de fabrication tirant 100 ampères à un facteur de puissance de 0,75 tire la même puissance apparente qu'une installation tirant 75 ampères à un facteur unitaire, tout en produisant le même rendement.

Les moteurs à induction sont les principaux coupables dans les environnements industriels. Leur courant magnétisant crée une composante réactive qui retarde la tension de 20 à 40 degrés sous charge normale, les facteurs de puissance typiques allant de 0,85 à 0,90. Les transformateurs contribuent à une réactance supplémentaire. De nombreux services publics imposent des pénalités aux clients dont le facteur de puissance tombe en dessous de 0,90, voire 0,95, car un faible facteur de puissance consomme une capacité supplémentaire dans les lignes de transport et de distribution. Certains sites installent des batteries de condensateurs à des points clés de la distribution électrique pour compenser le décalage inductif, augmentant le facteur de puissance vers l'unité et réduisant à la fois les charges des services publics et les pertes du système.

Mesure et correction

Le facteur de puissance est mesuré avec un analyseur de puissance qui échantillonne simultanément les formes d'onde de tension et de courant et calcule leur relation de phase. Les compteurs de facteur de puissance mécaniques, basés sur des principes à fer mobile ou électrodynamiques, sont moins courants aujourd'hui ; les compteurs numériques fournissent des lectures directes et l'enregistrement des tendances. Le signe de l'angle de phase est important : les charges inductives présentent un facteur de puissance en retard ; les charges capacitives présentent un facteur de puissance en avance. Les services publics ne se soucient généralement que du facteur de puissance en retard chez les clients industriels.

L'augmentation du facteur de puissance permet d'économiser de l'argent et de réduire l'échauffement des conducteurs. Des condensateurs shunt sont installés en parallèle avec la charge et réglés pour annuler la réactance inductive des moteurs et des transformateurs. Les condensateurs série sont rares dans les systèmes CA industriels en raison des risques de résonance. La correction active du facteur de puissance, utilisant des convertisseurs à semi-conducteurs pour injecter un courant harmonique qui annule la composante réactive, gagne du terrain dans les installations avec des charges variables ou non linéaires telles que les variateurs de fréquence et les alimentations à découpage, qui déforment elles-mêmes le facteur de puissance.