Amélioration du facteur de puissance : méthodes, avantages et compromis

Méthodes d'amélioration du facteur de puissance

Les dispositifs et équipements suivants sont utilisés pour l'amélioration du facteur de puissance :

1. Condensateur statique
2. Condenseur synchrone
3. Avanceur de phase

1. Condensateur statique

La plupart des charges industrielles et des réseaux électriques sont de nature inductive, absorbant un courant en retard qui diminue le facteur de puissance du système. Pour l'amélioration du facteur de puissance, des condensateurs statiques sont connectés en parallèle avec les appareils fonctionnant à faible facteur de puissance.

Ces condensateurs fournissent un courant en avance qui neutralise (totalement ou approximativement) la composante inductive en retard du courant de charge (la composante en avance élimine la composante en retard), améliorant ainsi le facteur de puissance du circuit de charge.

Ces condensateurs sont installés à proximité de grandes charges inductives (moteurs à induction, transformateurs, etc.) pour améliorer le facteur de puissance du circuit de charge et l'efficacité du système ou des appareils.

Avantages :

• Les bancs de condensateurs offrent plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes d'amélioration du facteur de puissance.
• Pertes faibles dans les condensateurs statiques.
• Aucune pièce mobile, donc maintenance réduite.
• Fonctionnement en conditions normales (conditions atmosphériques ordinaires).
• Ne nécessitent pas de fondation pour l'installation.
• Légers, donc faciles à installer.

Inconvénients :

• Durée de vie limitée (8–10 ans).
• Avec une charge variable, il faut mettre le banc de condensateurs ON/OFF, ce qui provoque des surtensions de commutation sur le système.
• Si la tension nominale augmente, cela peut les endommager.
• Une fois détériorés, leur réparation est coûteuse.

2. Condenseur synchrone

Lorsqu'un moteur synchrone fonctionne à vide et en sur-excitation, on l'appelle condenseur synchrone. Un moteur synchrone sur-excité fournit un courant en avance et se comporte comme un condensateur.

Lorsqu'un condenseur synchrone est connecté à la tension d'alimentation (en parallèle), il absorbe un courant en avance et élimine partiellement la composante réactive, améliorant ainsi le facteur de puissance. Généralement utilisé dans les grandes industries.

Avantages :

• Longue durée de vie (environ 25 ans).
• Haute fiabilité.
• Réglage continu du facteur de puissance.
• Pas de génération d'harmoniques.
• Défauts facilement éliminables.
• Non affecté par les harmoniques.
• Maintenance faible (graissage périodique des roulements uniquement).

Inconvénients :

• Coûteux (coût de maintenance élevé), donc réservé aux grands consommateurs d'énergie.
• Nécessite un dispositif auxiliaire pour le démarrage (le moteur synchrone n'a pas de couple de démarrage propre).
• Produit du bruit.

3. Avanceur de phase

L'avanceur de phase est un excitatrice AC simple connecté sur l'arbre principal du moteur et fonctionnant avec le circuit rotorique pour l'amélioration du facteur de puissance. Il est utilisé pour améliorer le facteur de puissance des moteurs à induction dans l'industrie.

Comme les enrouleurs statoriques des moteurs à induction absorbent un courant en retard de 90° par rapport à la tension, leur facteur de puissance est faible. Si les ampères-tours d'excitation sont fournis par une source AC externe, il n'y a plus d'effet du courant d'excitation sur les enrouleurs statoriques, améliorant ainsi le facteur de puissance du moteur à induction.

Avantages :

• Le kVAR en retard (composante réactive de la puissance) absorbé par le moteur est significativement réduit car les ampères-tours d'excitation sont fournis à la fréquence de glissement (fs).
• L'avanceur de phase peut être utilisé là où les moteurs synchrones sont inacceptables.

Inconvénient :

• L'avanceur de phase n'est pas économique pour les moteurs inférieurs à 200 HP (environ 150 kW).

Amélioration du facteur de puissance en connexions monophasées et triphasées étoile & triangle

L'amélioration du facteur de puissance dans un système triphasé se fait en connectant un banc de condensateurs en : (1) Connexion triangle (2) Connexion étoile.

Ressources complémentaires :

• Facteur de puissance
• Puissance active, réactive, apparente et complexe — Explication simple avec formules
• Causes d'un faible facteur de puissance
• Inconvénients d'un faible facteur de puissance
• Avantages de l'amélioration et de la correction du facteur de puissance
• Comment calculer la taille de condensateur appropriée en Farads et kVAR pour l'amélioration du facteur de puissance
• Comment convertir des Farads de condensateur en kVAR et vice versa