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Qu'est-ce que Facteur de puissance ?

Dans un circuit alternatif, rapport entre la puissance active (la puissance réellement consommée) et la puissance apparente (tension efficace × courant efficace). Il est compris entre 0 et 1, et lorsque la tension et le courant sont sinusoïdaux, il est égal au cos φ de leur déphasage φ. Un faible facteur de puissance impose un courant plus grand pour fournir la même puissance active, ce qui augmente les pertes dans les câbles et les transformateurs.

Nom japonais: 力率

« Facteur de puissance » apparaît dans 7 questions d'entraînement réparties sur 3 thèmes, dont Bases des circuits électriques et de l'électromagnétisme, Circuits d'électronique de puissance, Semi-conducteurs de puissance.

Domaine: Circuits d'électronique de puissance

Facteur de puissance dû au déphasage

Avec une charge inductive comme un moteur, le courant est en retard sur la tension et le facteur de puissance baisse. Par exemple, une charge de 1 kVA de puissance apparente avec un facteur de puissance de 0,8 consomme 800 W de puissance active, et une puissance réactive circule en outre dans les deux sens entre la source et la charge. Un condensateur branché en parallèle sur la charge compense la puissance réactive inductive et rapproche le facteur de puissance de 1.

Facteur de puissance dû à la déformation de l'onde

Lorsque le courant n'est pas sinusoïdal, les courants harmoniques de fréquence différente de celle de la tension ne transportent aucune puissance moyenne mais augmentent le courant efficace. Le facteur de puissance est alors le produit de cos φ, dû au déphasage du fondamental, et du rapport valeur efficace du fondamental ÷ courant efficace total. Un circuit redresseur à lissage par condensateur a un faible facteur de puissance, car son courant circule par impulsions, même si le déphasage du courant est faible.

Pourquoi relever le facteur de puissance

Une charge qui consomme 800 W sous 100 V appelle 10 A avec un facteur de puissance de 0,8, mais seulement 8 A avec un facteur de puissance de 1. Les pertes dans les câbles sont proportionnelles au carré du courant ; à 0,8, elles valent donc environ 1,56 fois celles obtenues à 1. Des normes comme la CEI 61000-3-2 limitent les courants harmoniques absorbés par les appareils, ce qui est une autre raison pour laquelle les alimentations corrigent leur facteur de puissance.

S'entraîner : questions sur Facteur de puissance

Dans un circuit alternatif, la puissance active vaut P [W] et la puissance apparente S [VA]. Quelle expression donne le facteur de puissance ?

  1. AP / S
  2. BS / P
  3. CP × S
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Réponse : A. P / S

Le facteur de puissance est le rapport P/S entre la puissance active P et la puissance apparente S (tension efficace × courant efficace). En régime sinusoïdal, il s'écrit cos φ, où φ est le déphasage entre la tension et le courant. Par exemple, S = 2000 VA et P = 1800 W donnent un facteur de puissance de 0,9. Un faible facteur de puissance impose un courant plus grand pour transmettre la même puissance active, ce qui augmente les pertes dans les câbles et les transformateurs.

Quelle méthode utilise-t-on généralement pour améliorer le facteur de puissance d'un circuit comprenant une charge inductive comme un moteur ?

  1. ABrancher un condensateur en parallèle sur la charge
  2. BBrancher une bobine en parallèle sur la charge
  3. CAugmenter la fréquence de la source
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Réponse : A. Brancher un condensateur en parallèle sur la charge

Dans une charge inductive, le courant est en retard sur la tension, ce qui produit une puissance réactive inductive. Un condensateur produit une puissance réactive de signe opposé (capacitive) ; placé en parallèle sur la charge, il compense la puissance réactive, réduit le courant fourni par la source et rapproche le facteur de puissance de 1. La tension aux bornes de la charge et la puissance active qu'elle consomme ne changent pas. Ces condensateurs de compensation sont utilisés dans les postes de livraison des usines, mais une surcompensation rend le facteur de puissance capacitif et peut faire monter la tension.

Questions fréquentes

Facteur de puissance et rendement, est-ce la même chose ?

Non. Le rendement est puissance de sortie ÷ puissance d'entrée et exprime la part perdue. Le facteur de puissance est puissance active d'entrée ÷ puissance apparente et exprime la part du courant qui sert réellement à transmettre de la puissance. Un appareil peut avoir un rendement élevé et pourtant un faible facteur de puissance.

Le facteur de puissance peut-il dépasser 1 ?

Non. La puissance active ne dépasse jamais la puissance apparente, si bien que le facteur de puissance est compris entre 0 et 1. Selon que le courant est en retard ou en avance sur la tension, on parle de facteur de puissance inductif (en retard) ou capacitif (en avance).

« Facteur de puissance » dans les explications

Questions mentionnant « Facteur de puissance » (7)

  1. Dans un circuit alternatif, la puissance active vaut P [W] et la puissance apparente S [VA]. Quelle expression donne le facteur de puissance ?
  2. Quelle méthode utilise-t-on généralement pour améliorer le facteur de puissance d'un circuit comprenant une charge inductive comme un moteur ?
  3. Pour une charge triphasée équilibrée sous une tension composée de 200 V, avec un courant de ligne de 10 A et un facteur de puissance de 0,8, quelle valeur est la plus proche de la puissance active de la charge (total des trois phases) ?
  4. Dans une alimentation dont le courant d'entrée n'est pas sinusoïdal mais riche en harmoniques, le facteur de puissance n'est pas égal à 1 même si le fondamental du courant est en phase avec la tension. Quelle explication est correcte ?
  5. Quelle est l'impédance (module) d'un circuit formé d'une résistance R = 30 Ω en série avec une bobine de réactance XL = 40 Ω ? (La résistance propre de la bobine est négligée.)
  6. Une charge alternative a une puissance active de 800 W et une puissance apparente de 1000 VA. Quelle est sa puissance réactive ? (Tension et courant sinusoïdaux.)
  7. Quel est l'objectif correct d'un circuit de correction du facteur de puissance (PFC) utilisé dans les alimentations ?

Termes associés

Transformateur Circuit redresseur Correction du facteur de puissance Hacheur élévateur (convertisseur boost) Condensateur de lissage Force contre-électromotrice (FCEM) Hacheur abaisseur (convertisseur buck) Hacheur abaisseur-élévateur (convertisseur buck-boost) Mode de conduction continue Moteur asynchrone (moteur à induction)

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