Correction pratique du facteur de puissance

Lorsque le besoin se fait sentir de corriger le faible facteur de puissance dans un système d'alimentation CA, vous n'aurez probablement pas le luxe de connaître l'inductance exacte de la charge en henrys à utiliser pour vos calculs.

Vous aurez peut-être la chance d'avoir un instrument appelé compteur de facteur de puissance pour vous dire quel est le facteur de puissance (un nombre entre 0 et 1), et la puissance apparente (qui peut être calculée en prenant une lecture de voltmètre en volts et en multipliant par une lecture d'ampèremètre en ampères).

Dans des circonstances moins favorables, vous devrez peut-être utiliser un oscilloscope pour comparer les formes d'onde de tension et de courant, en mesurant le déphasage en degrés et calcul du facteur de puissance par le cosinus de ce déphasage.

Très probablement, vous aurez accès à un wattmètre pour mesurer la puissance réelle, dont vous pourrez comparer la lecture à un calcul de puissance apparente (en multipliant les mesures de tension totale et de courant total). A partir des valeurs de puissance vraie et apparente, vous pouvez déterminer la puissance réactive et le facteur de puissance.

Exemple de problème

Faisons un exemple de problème pour voir comment cela fonctionne :(Figure ci-dessous)

Le wattmètre lit la puissance réelle ; le produit des lectures du voltmètre et de l'ampèremètre donne la puissance apparente.

Comment calculer la puissance apparente en kVA

Tout d'abord, nous devons calculer la puissance apparente en kVA. Nous pouvons le faire en multipliant la tension de charge par le courant de charge :

Comme on peut le voir, 2,308 kVA est un chiffre bien supérieur à 1,5 kW, ce qui nous indique que le facteur de puissance dans ce circuit est plutôt pauvre (nettement inférieur à 1). Maintenant, nous calculons le facteur de puissance de cette charge en divisant la puissance réelle par la puissance apparente :

En utilisant cette valeur pour le facteur de puissance, nous pouvons tracer un triangle de puissance, et à partir de celui-ci déterminer la puissance réactive de cette charge :(Figure ci-dessous)

La puissance réactive peut être calculée à partir de la puissance réelle et de la puissance apparente.

Comment utiliser le théorème de Pythagore pour déterminer la quantité de triangle inconnue

Pour déterminer la quantité de triangle inconnue (puissance réactive), nous utilisons le théorème de Pythagore « à l'envers », étant donné la longueur de l'hypoténuse (puissance apparente) et la longueur du côté adjacent (puissance vraie) :

Comment corriger le facteur de puissance avec un condensateur

Si cette charge est un moteur électrique ou la plupart des autres charges industrielles AC, elle aura un facteur de puissance en retard (inductif), ce qui signifie que nous devrons le corriger avec un condensateur de taille appropriée, câblé en parallèle.

Maintenant que nous connaissons la quantité de puissance réactive (1,754 kVAR), nous pouvons calculer la taille du condensateur nécessaire pour contrer ses effets :

En arrondissant cette réponse à 80 µF, nous pouvons placer cette taille de condensateur dans le circuit et calculer les résultats :(Figure ci-dessous)

Le condensateur parallèle corrige la charge (inductive) en retard.

Un condensateur de 80 µF aura une réactance capacitive de 33,157 Ω, donnant un courant de 7,238 ampères, et une puissance réactive correspondante de 1,737 kVAR (pour le condensateur uniquement ). Puisque le courant du condensateur est de 180 ^o déphasé par rapport à la contribution inductive de la charge à l'appel de courant, la puissance réactive du condensateur sera directement soustraite de la puissance réactive de la charge, résultant en :

Cette correction, bien sûr, ne changera pas la quantité de puissance réelle consommée par la charge, mais elle entraînera une réduction substantielle de la puissance apparente et du courant total tiré de la source de 240 volts :(Figure ci-dessous)

Triangle de puissance avant et après correction du condensateur.

La nouvelle puissance apparente peut être trouvée à partir des valeurs de puissance réactive vraie et nouvelle, en utilisant la forme standard du théorème de Pythagore :

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur l'alimentation secteur