Méthodes d'amélioration du facteur de puissance avec leurs avantages et leurs inconvénients

Méthodes d'amélioration du facteur de puissance

Les appareils et équipements suivants sont utilisés pour l'amélioration du facteur de puissance.

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

1. Condensateur statique

Nous savons que la plupart des industries et des charges du système électrique sont inductives et prennent un courant de retard qui diminue le facteur de puissance du système (voir Inconvénients du faible facteur de puissance). À des fins d'amélioration du facteur de puissance, les condensateurs statiques sont connectés en parallèle avec les appareils qui fonctionnent avec un faible facteur de puissance.

Ces condensateurs statiques fournissent un courant en avance qui neutralise (totalement ou approximativement) la composante inductive en retard du courant de charge (c'est-à-dire que la composante en avance neutralise ou élimine la composante en retard du courant de charge), ainsi le facteur de puissance du circuit de charge est amélioré.

Ces condensateurs sont installés à proximité d'une charge inductive importante, par exemple des moteurs à induction et des transformateurs, etc., et améliorent le facteur de puissance du circuit de charge pour améliorer l'efficacité du système ou des appareils.

Supposons qu'il s'agisse d'une charge inductive monophasée qui prend un courant de retard (I) et que le facteur de puissance de charge est Cosθ, comme indiqué sur la figure 1.

Dans la fig-2, un condensateur (C) a été connecté en parallèle avec la charge. Maintenant, un courant (Ic) circule à travers le condensateur qui est à 90 ° de la tension d'alimentation (notez que le condensateur fournit un courant de tête, c'est-à-dire que dans un circuit capacitif pur, le courant est à 90 ° de la tension d'alimentation, en d'autres termes, la tension est de 90 ° en retard par rapport au courant). Le courant de charge est (I). La combinaison de vecteurs de (I) et (Ic) est (I ') qui est en retard par rapport à la tension à θ2, comme indiqué sur la figure 3.

On peut voir sur la figure 3 que l'angle de θ2 <θ1, c'est-à-dire que l'angle de θ2 est inférieur à l'angle de θ2. Donc Cosθ2 est inférieur à Cosθ1 (Cosθ2> Cosθ1). Par conséquent, le facteur de puissance de charge est amélioré par le condensateur.

Notez également qu'après l'amélioration du facteur de puissance, le courant du circuit serait inférieur à celui du courant du circuit à faible facteur de puissance. De plus, avant et après l'amélioration du facteur de puissance, la composante active du courant serait la même dans ce circuit car le condensateur n'élimine que la composante réactive du courant. De plus, la puissance active (en watts) serait la même après et avant l'amélioration du facteur de puissance.

Avantages :

• La batterie de condensateurs offre plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes d'amélioration du facteur de puissance.
• Les pertes sont faibles dans les condensateurs statiques
• Il n'y a pas de pièce mobile, donc besoin de peu d'entretien
• Il peut fonctionner dans des conditions normales (c'est-à-dire des conditions atmosphériques ordinaires)
• Ne nécessite pas de fondation pour l'installation
• Ils sont légers et donc faciles à installer

Inconvénients :

• L'âge de la batterie de condensateurs statiques est inférieur (8 à 10 ans)
• Avec une charge changeante, nous devons activer ou désactiver la batterie de condensateurs, ce qui provoque des surtensions de commutation sur le système
• Si la tension nominale augmente, cela l'endommage
• Une fois les condensateurs abîmés, la réparation est coûteuse

2. Condenseur synchrone

Lorsqu'un moteur synchrone fonctionne à vide et surexcité, il s'agit d'un condenseur synchrone. Chaque fois qu'un moteur synchrone est surexcité, il fournit un courant de tête et fonctionne comme un condensateur.

Lorsqu'un condensateur synchrone est connecté à travers la tension d'alimentation (en parallèle), il tire le courant de tête et élimine partiellement le composant réactif et de cette façon, le facteur de puissance est amélioré. Généralement, le condensateur synchrone est utilisé pour améliorer le facteur de puissance dans les grandes industries.

Avantages :

• Longue durée de vie (près de 25 ans)
• Haute fiabilité
• Réglage progressif du facteur de puissance.
• Pas de génération d'harmoniques de maintenance 
• Les défauts peuvent être supprimés facilement
• Il n'est pas affecté par les harmoniques.
• Nécessite peu d'entretien (seul le graissage périodique des roulements est nécessaire)

Inconvénients :

• Il est coûteux (le coût de maintenance est également élevé) et est donc principalement utilisé par les gros utilisateurs.
• Un dispositif auxiliaire doit être utilisé pour cette opération car le moteur synchrone n'a pas de couple de démarrage automatique
• Il produit du bruit

3. Avanceur de phase

L'avance de phase est un simple excitateur CA qui est connecté à l'arbre principal du moteur et fonctionne avec le circuit du rotor du moteur pour l'amélioration du facteur de puissance. L'avance de phase est utilisée pour améliorer le facteur de puissance du moteur à induction dans les industries.

Comme les enroulements du stator du moteur à induction prennent un courant de retard de 90 ° déphasé par rapport à la tension, le facteur de puissance du moteur à induction est donc faible. Si les ampères-tours d'excitation sont excités par une source de courant alternatif externe, le courant d'excitation n'aura aucun effet sur les enroulements du stator. Par conséquent, le facteur de puissance du moteur à induction sera amélioré. Ce processus est effectué par Phase advancer.

Avantages :

• Le kVAR en retard (composante réactive de la puissance ou puissance réactive) consommé par le moteur est suffisamment réduit car les ampères-tours d'excitation sont fournis à la fréquence de glissement (fs).
• L'avance de phase peut être facilement utilisée là où l'utilisation de moteurs synchrones est inacceptable

Inconvénient :

• L'utilisation de l'avance de phase n'est pas économique pour les moteurs de moins de 200 H.P. (environ 150kW)

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

Amélioration du facteur de puissance dans un système triphasé en connectant une batterie de condensateurs en (1). Connexion delta(2). Connexion étoile)

Amélioration du facteur de puissance en connexion étoile-triangle monophasée et triphasée

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