Guide pratique de correction du facteur de puissance dans les systèmes AC

Lorsqu'un système AC présente un faible facteur de puissance, vous ne pouvez généralement pas compter sur des valeurs d'inductance précises pour les calculs correctifs.

Si disponible, un mesureur de facteur de puissance fournit la valeur instantanée du facteur de puissance (entre 0 et 1) et la puissance apparente, obtenue en multipliant la tension mesurée par le courant mesuré.

Lorsqu'un mesureur n'est pas disponible, un oscilloscope peut être employé pour comparer les formes d'onde de tension et de courant, déterminer le déphasage en degrés, et calculer le facteur de puissance comme le cosinus de ce déphasage.

Typiquement, un wattmètre mesure la puissance active (réelle). Comparer sa lecture avec la puissance apparente calculée à partir des mesures de tension et de courant donne à la fois la puissance réactive et la valeur du facteur de puissance.

Problème d'exemple

Ci-dessous est une représentation simplifiée de la configuration de mesure :

Le wattmètre lit la puissance active ; le produit des lectures voltmètre et ampèremètre donne la puissance apparente.

Calcul de la puissance apparente en kVA

La puissance apparente (S) est calculée en multipliant la tension de charge (V) par le courant de charge (I). La conversion en kilovolt-ampères (kVA) divise simplement par 1 000.

Le résultat, 2,308 kVA, dépasse largement la puissance active de 1,5 kW, indiquant un facteur de puissance bien en dessous de l'unité.

Détermination du facteur de puissance

Le facteur de puissance (FP) est le rapport de la puissance active (P) à la puissance apparente (S) :

Puissance réactive via le théorème de Pythagore

Avec la puissance apparente comme hypoténuse et la puissance active comme côté adjacent, la puissance réactive (Q) est trouvée par le théorème de Pythagore « à l'envers » :

Correction du facteur de puissance avec un condensateur

Les charges inductives — tels que les moteurs — présentent un facteur de puissance retardant. Une batterie de condensateurs câblée en parallèle fournit une puissance réactive avancée pour contrer la contribution inductive.

À partir de la puissance réactive de 1,754 kVAR, la capacitance requise (C) à 240 V est calculée comme :

Arrondi à 80 µF, la réactance du condensateur (Xc) est de 33,157 Ω, résultant en un courant de 7,238 A et une puissance réactive de 1,737 kVAR (condensateur seul). Comme le courant du condensateur est déphasé de 180° par rapport au courant inductif, sa puissance réactive se soustrait directement de la puissance réactive de la charge.

Bien que la puissance active reste inchangée, la puissance apparente et le courant total tiré de la source 240 V sont significativement réduits.

La nouvelle puissance apparente est calculée à partir de la puissance réactive ajustée en utilisant le théorème de Pythagore :

Triangle de puissance avant et après correction par condensateur.

À retenir

L'implémentation d'une batterie de condensateurs correctement dimensionnée améliore non seulement le facteur de puissance, mais réduit aussi la puissance apparente, diminue les courants de ligne, et peut mener à des économies substantielles sur les coûts énergétiques.

FICHE D'EXERCICES ASSOCIÉE :

• Fiche d'exercices sur la puissance AC