Qu'est-ce que le facteur de puissance (PF)

2019-01-11 23:28:19

En génie électrique, le facteur de puissance d'un système électrique à courant alternatif est défini comme le rapport entre la puissance réelle absorbée par la charge et la puissance apparente circulant dans le circuit. Il s'agit d'un nombre sans dimension dans l'intervalle fermé de ?1 à 1. Un facteur de puissance inférieur à un indique que la tension et le courant ne sont pas en phase, ce qui réduit le produit instantané des deux. La puissance réelle est le produit instantané de la tension et du courant et représente la capacité de l'électricité à effectuer un travail. La puissance apparente est le produit moyen du courant et de la tension. En raison de l'énergie stockée dans la charge et renvoyée à la source, ou en raison d'une charge non linéaire qui déforme la forme d'onde du courant tiré de la source, la puissance apparente peut être supérieure à la puissance réelle. Un facteur de puissance négatif se produit lorsque l'appareil (qui est normalement la charge) génère de l'énergie, qui retourne ensuite vers la source.

 

Dans un système électrique, une charge avec un facteur de puissance faible consomme plus de courant qu'une charge avec un facteur de puissance élevé pour la même quantité d'énergie utile transférée. Les courants plus élevés augmentent l'énergie perdue dans le système de distribution et nécessitent des câbles et autres équipements plus gros. En raison des coûts des équipements plus gros et du gaspillage d'énergie, les services publics d'électricité facturent généralement un coût plus élevé aux clients industriels ou commerciaux dont le facteur de puissance est faible.

 

La correction du facteur de puissance augmente le facteur de puissance d'une charge, améliorant ainsi l'efficacité du système de distribution auquel elle est reliée. Les charges linéaires à faible facteur de puissance (comme les moteurs à induction) peuvent être corrigées à l'aide d'un réseau passif de condensateurs ou d'inducteurs. Les charges non linéaires, comme les redresseurs, déforment le courant tiré du système. Dans de tels cas, une correction active ou passive du facteur de puissance peut être utilisée pour contrer la distorsion et augmenter le facteur de puissance. Les dispositifs de correction du facteur de puissance peuvent être situés dans une sous-station centrale, répartis sur un système de distribution ou intégrés à des équipements consommateurs d'énergie.

 

 

Batterie de condensateurs de 75 Mvar dans un poste de 150 kV

Les facteurs de puissance inférieurs à 1.0 obligent le service public à générer plus que le minimum de volts-ampères nécessaire pour fournir la puissance réelle (watts). Cela augmente les coûts de production et de transmission. Par exemple, si le facteur de puissance de charge était aussi bas que 0.7, la puissance apparente serait 1.4 fois la puissance réelle utilisée par la charge. Le courant de ligne dans le circuit serait également 1.4 fois le courant requis à un facteur de puissance de 1.0, de sorte que les pertes dans le circuit seraient doublées (puisqu'elles sont proportionnelles au carré du courant). Alternativement, tous les composants du système tels que les générateurs, les conducteurs, les transformateurs et l'appareillage de commutation seraient augmentés en taille (et en coût) pour transporter le courant supplémentaire. Lorsque le facteur de puissance est proche de l'unité, pour la même puissance nominale en KVA du transformateur, une charge plus importante peut être connectée.

 

Les services publics facturent généralement des frais supplémentaires aux clients commerciaux dont le facteur de puissance est inférieur à une certaine limite, généralement comprise entre 0.9 et 0.95. Les ingénieurs s'intéressent souvent au facteur de puissance d'une charge comme l'un des facteurs qui affectent l'efficacité de la transmission d'énergie.

 

Avec l'augmentation du coût de l'énergie et les préoccupations concernant l'efficacité de la distribution d'énergie, la correction active du facteur de puissance est devenue plus courante dans l'électronique grand public. Les directives Energy Star actuelles pour les ordinateurs exigent un facteur de puissance ≥ 0.9 à 100 % de la puissance nominale dans l'alimentation électrique du PC. Selon un livre blanc rédigé par Intel et l'Agence américaine de protection de l'environnement, les PC dotés d'alimentations internes nécessiteront l'utilisation d'une correction active du facteur de puissance pour répondre aux exigences du programme ENERGY STAR 5.0 pour les ordinateurs.

 

En Europe, la norme EN 61000-3-2 exige que la correction du facteur de puissance soit intégrée dans les produits de consommation.

 

Les petits clients, tels que les ménages, ne sont généralement pas facturés pour la puissance réactive et, par conséquent, aucun équipement de mesure du facteur de puissance ne sera installé pour ces clients.