Le facteur de puissance est le rapport de la puissance active à la puissance apparente d’un circuit alternatif, égal au cosinus de l’angle de phase entre tension et courant sinusoïdaux. Il indique quelle part du courant effectue un travail utile.
Learning objectives
- Définir le facteur de puissance et le relier à l’angle de phase
- Calculer les puissances active, réactive et apparente
- Déterminer la puissance réactive nécessaire à la compensation
- Expliquer pourquoi un facteur faible augmente le courant et les pertes
- Mesurer le facteur de puissance avec un analyseur
Progressive explanation
Start with the plain-language idea, then move into the engineering detail. Each level stands on its own, so you can stop at the depth you need.
Beginner The core idea
Les moteurs, transformateurs, ballasts et de nombreuses charges électroniques ont un facteur de puissance inférieur à 1. Le fournisseur doit fournir le courant supplémentaire même si le client ne consomme que la puissance active : un facteur faible augmente donc les pertes et peut être pénalisé.
Intermediate How it behaves in a circuit
La compensation par condensateurs réduit la composante réactive : Qc = P × (tan φ1 − tan φ2), où φ1 est l’angle initial et φ2 l’angle visé. La compensation augmente le facteur de puissance et réduit le courant appelé au réseau sans modifier la puissance active de la charge.
Advanced Limits, assumptions, engineering detail
Formulas and variables
Units of measurement
| Quantity | Symbol | Unit |
|---|---|---|
| Facteur de puissance | PF | sans dimension |
| Puissance active | P | watt (W) |
| Puissance réactive | Q | voltampère réactif (var) |
| Puissance apparente | S | voltampère (VA) |
Worked examples
Triangle des puissances d’un moteur
Problem. Un moteur monophasé absorbe 10 A sous 230 V avec un facteur de puissance de 0,8 inductif. Trouvez les puissances apparente, active et réactive.
Solution. S = 230 × 10 = 2300 VA. P = 2300 × 0,8 = 1840 W. Q = √(2300² − 1840²) = √(5 290 000 − 3 385 600) = √1 904 400.
Compensation capacitive
Problem. La même charge de 1840 W a un facteur de puissance de 0,8. Quelle puissance réactive faut-il ajouter pour le porter à 0,95 ?
Solution. φ1 = 36,87° donc tan φ1 = 0,75. φ2 = 18,19° donc tan φ2 = 0,329. Qc = 1840 × (0,75 − 0,329).
Courant après compensation
Problem. Après compensation à 0,95, quel courant la charge de 1840 W appelle-t-elle au réseau de 230 V ?
Solution. S = P/PF = 1840/0,95 = 1937 VA. I = S/V = 1937/230.
Practical applications
- Facturation industrielle et primes de puissance
- Charge des moteurs et des transformateurs
- Dimensionnement des génératrices et onduleurs
- Dimensionnement des câbles et de l’appareillage
- Conception des batteries de condensateurs
- Diagnostics d’efficacité énergétique
Automotive applications
Les alternateurs, onduleurs et chargeurs embarqués ont leur propre facteur de puissance et leur propre distorsion côté alternatif. La charge AC des véhicules électriques est spécifiée avec des exigences de facteur de puissance pour ne pas surcharger le réseau par du courant réactif.
Industrial applications
Les usines équipées de nombreux moteurs asynchrones compensent souvent le facteur de puissance par des batteries de condensateurs pour éviter les pénalités et libérer de la capacité de transformateur. En présence d’harmoniques, des bobines de désaccord ou des filtres actifs remplacent les simples condensateurs pour éviter la résonance.
Measurement procedure
- Utilisez un analyseur de puissance affichant ensemble les puissances active, réactive et apparente ainsi que le facteur de puissance.
- Mesurez en aval de l’alimentation pour distinguer le facteur de puissance de la charge de celui de l’installation compensée.
- Vérifiez si l’appareil indique le facteur de déplacement ou le facteur vrai en présence d’harmoniques.
- Contrôlez que les voies tension et courant sont connectées avec la bonne polarité et la bonne phase.
Common mistakes
- Confondre facteur de puissance et rendement ; un moteur peut avoir un bon rendement et un mauvais facteur de puissance.
- Ajouter des condensateurs sans vérifier la résonance avec le réseau et les harmoniques.
- Croire que la compensation réduit la facture d’énergie ; elle réduit surtout le courant et la puissance apparente appelée.
- Ignorer la distorsion et se fier à une lecture de facteur de déplacement sur une charge de variateur.
Safety considerations
- Les batteries de condensateurs conservent une charge après coupure ; déchargez-les et vérifiez avant de toucher les bornes.
- Une surcompensation peut élever la tension et perturber les équipements ; dimensionnez la compensation pour la charge réelle.
- Le risque d’arc électrique augmente avec les grandes batteries réactives et les niveaux de défaut élevés ; respectez la procédure de manœuvre.