Comprendre la puissance dans les circuits AC résistifs et réactifs

Dans un système AC monophasé 120 V, 60 Hz, une charge purement résistive tire 2 A (RMS) et dissipe 240 W. Puisque la charge n'a pas de réactance, les formes d'onde de tension et de courant sont en phase, et la forme d'onde de puissance est toujours positive.

Voici le schéma du circuit résistif de base :

Lorsque vous tracez la tension, le courant et la puissance instantanée, les courbes de tension et de courant se superposent, tandis que la courbe de puissance se situe entièrement au-dessus de la ligne zéro, reflétant une dissipation d'énergie continue. La forme d'onde de puissance oscille à deux fois la fréquence de la tension ou du courant car la puissance est le produit des deux.

Charges purement réactives

Un circuit avec seulement une inductance (ou un condensateur) se comporte différemment. La tension précède le courant de 90°, et la puissance instantanée oscille au-dessus et au-dessous de zéro, signifiant que l'énergie est alternativement absorbée de et retournée à la source. Le transfert net d'énergie sur un cycle est nul.

Schéma typique :

Charges résistivo-réactives mixtes

Lorsque la résistance et l'inductance coexistent, l'impédance est complexe :

• Résistance, R = 60 Ω
• Réactance inductive, X_L = 2πfL = 2π·60·0,160 = 60,319 Ω
• Impédance, Z = R + jX_L = 60 + j60,319 Ω ≈ 85,078 Ω ∠ 45,152°

Avec une alimentation 120 V RMS, le courant RMS est :

$$ I = \frac{V}{|Z|} = \frac{120\,\text{V}}{85,078\,\Omega} \approx 1,41\,\text{A} $$

L'inductance elle-même ne dissipe pas de puissance réelle ; elle stocke et retourne simplement l'énergie. La résistance dissipe la portion réelle de la puissance, donc la charge consomme plus d'énergie qu'elle n'en retourne.

Formes d'onde illustratives :

Remarquez que la forme d'onde de puissance passe plus de temps au-dessus de la ligne zéro qu'en dessous, confirmant l'absorption nette d'énergie.

Points clés à retenir

• Résistif seulement : Tension et courant sont en phase ; toute la puissance est dissipée en chaleur.
• Réactif seulement : Tension et courant sont déphasés de 90° ; aucune puissance nette n'est dissipée.
• Mixte : Angle de phase entre 0° et 90° ; une partie de la puissance est stockée/retournée par la réactance, tandis que la résistance dissipe le reste.

Puisque l'onde de puissance instantanée a une fréquence et un comportement de phase différents de la tension ou du courant, il est plus précis de calculer la puissance en utilisant les magnitudes scalaires de tension, courant, résistance et réactance plutôt que l'algèbre complexe.

Fiche d'exercices associée : Fiche d'exercices sur la puissance AC