Qu'est-ce que le facteur de puissance (cosinus phi)

Le facteur de puissance d'une personne physique (cosinus phi) est le suivant. Comme vous le savez, dans un circuit alternatif, il existe généralement trois types de charge ou trois types de puissance (trois types de courant, trois types de résistance). Les puissances active P, réactive Q et totale C sont respectivement liées à la résistance active r, réactive x et totale z.

Il est connu du cours de génie électrique que la résistance est appelée active, dans laquelle la chaleur est libérée lorsque le courant passe. La résistance active est associée aux pertes de puissance active dPnEgal au carré du courant multiplié par la résistance dPn = Az2r W

Réactance lorsque le courant le traverse, il ne cause aucune perte. Cette résistance est due à l'inductance L ainsi qu'à la capacité C.

Les résistances inductive et capacitive sont deux types de réactance et sont exprimées par les formules suivantes :

• réactance ou résistance inductive,

• résistance capacitive ou capacitance,

Alors x = xL — НС° С… Par exemple, si dans le circuit xL= 12 Ohm, xc = 7 Ohm, alors la réactance du circuit x = xL — NSc= 12 — 7 = 5 Ohm.

Riz. 1. Illustrations pour expliquer l'essence du cosinus "phi": a - circuit de connexion en série de r et L dans un circuit de courant alternatif, b - triangle de résistance, c - triangle de puissance, d - triangle de puissance à différentes valeurs de puissance active.

L'impédance z comprend la résistance et la réactance. Pour une connexion en série de r et L (Fig. 1, a), un triangle de résistance est représenté graphiquement.

Si les côtés de ce triangle sont multipliés par le carré du même courant, le rapport ne changera pas, mais le nouveau triangle sera un triangle de capacité (Fig. 1, c). Vérifiez plus de détails ici — Triangles de résistances, tensions et puissances

Comme on le voit du triangle, dans un circuit alternatif, trois puissances se produisent généralement: P actif, Q réactif et S total

P = Az2r = UIcosphy W,B = Az2x = Az2NSL — I2x° C = UIsin Var, S = Az2z = UIWhat.

La puissance active peut être appelée puissance de travail, c'est-à-dire qu'elle "chauffe" (émission de chaleur), "éclaire" (éclairage électrique), "déplace" (entraînements par moteur électrique), etc. Elle est mesurée de la même manière que la puissance constante , en watt.

Développé puissance activeb complètement sans laisser de trace est consommée dans les récepteurs et les fils conducteurs à la vitesse de la lumière - presque instantanément. C'est l'une des caractéristiques de la puissance active : autant elle est produite, autant elle est consommée.

La puissance réactive Q n'est pas consommée et représente l'oscillation de l'énergie électromagnétique dans un circuit électrique.Le flux d'énergie de la source au récepteur et vice versa est lié au flux de courant à travers les fils, et comme les fils ont une résistance active, il y a des pertes en eux.

Ainsi, avec la puissance réactive, le travail n'est pas effectué, mais des pertes se produisent, qui pour une même puissance active, plus le facteur de puissance est grand (cosphi, cosinus «phi»).

Un exemple. Déterminez la puissance dissipée dans une ligne de résistance rl = 1 ohm si une puissance P = 10 kW y est transmise à une tension de 400 V une fois à cosphi1 = 0,5 et la deuxième fois à cosphi2 = 0,9.

Répondre. Courant dans le premier cas I1 = P / (Ucosphi1) = 10/(0,4•0,5) = 50 A.

Puissance dissipée dP1 = Az12rl = 502•1 = 2500 W = 2,5 kW.

Dans le second cas, le courant Az1 = P / (Ucosphi2) = 10/(0,4•0,9) = 28 A.

Puissance dissipée dP2 = Az22rl = 282•1 = 784 W = 0,784 kW, c'est-à-dire dans le second cas, la perte de puissance est de 2,5 / 0,784 = 3,2 fois plus petite uniquement parce que la valeur cosfi est plus élevée.

Le calcul montre clairement que plus la valeur du cosinus «phi» est élevée, plus la perte d'énergie est faible et moins il est nécessaire de placer des métaux non ferreux lors de l'installation de nouvelles installations.

En augmentant le cosinus « phi », nous avons trois objectifs principaux :

1) économie d'énergie électrique,

2) économiser les métaux non ferreux,

3) utilisation maximale de la puissance installée des générateurs, des transformateurs et en général des moteurs à courant alternatif.

La dernière circonstance est confirmée par le fait que, par exemple, à partir du même transformateur, il est possible d'obtenir plus de puissance active, plus la valeur des utilisateurs cosfi est élevée.Ainsi, à partir d'un transformateur avec une puissance nominale Sn= 1000 kVa à cosfi1 = 0,7, vous pouvez obtenir la puissance active P1 = Снcosfie1 = 1000 • 0,7 = 700 kW, et à cosfi2 = 0,95 R2 = Сncosfi2= 1000 • 0,95 = 950 kW.

Dans les deux cas, le transformateur sera entièrement chargé à 1000 kVA. Les moteurs à induction et les transformateurs de sous-charge sont la cause du faible facteur de puissance dans les usines. Par exemple, un moteur à induction au ralenti a un cosfixx approximativement égal à 0,2, alors qu'il est chargé à la puissance nominale de sfin = 0,85.

Pour plus de clarté, considérons un triangle de puissance approximatif pour un moteur à induction (Fig. 1, d). Au ralenti, le moteur à induction consomme une puissance réactive environ égale à 30 % de la puissance nominale, tandis que la puissance active consommée dans ce cas est d'environ 15 %. Par conséquent, le facteur de puissance est très faible. Lorsque la charge augmente, la puissance active augmente et la puissance réactive change légèrement et donc le cosfi augmente. En savoir plus ici : Facteur de puissance du variateur

La principale activité qui augmente la valeur de cosfi est de fonctionner à pleine capacité de production. Dans ce cas, les moteurs asynchrones fonctionneront avec des facteurs de puissance proches des valeurs nominales.

Les activités d'amélioration du facteur de puissance sont divisées en deux groupes principaux :

1) ne nécessite pas l'installation de dispositifs de compensation et convient dans tous les cas (méthodes naturelles) ;

2) liés à l'utilisation de dispositifs de compensation (méthodes artificielles).

Unité de condensation pour augmenter le facteur de puissance

Les activités du premier groupe, selon les directives actuelles, comprennent la rationalisation du processus technologique, conduisant à l'amélioration du mode énergétique de l'équipement et à l'augmentation du facteur de puissance. Les mêmes mesures incluent l'utilisation de moteurs synchrones au lieu de certains moteurs asynchrones (l'installation de moteurs synchrones au lieu de moteurs asynchrones est recommandée si nécessaire pour augmenter l'efficacité).

A lire également sur ce sujet : Alimentation en courant alternatif et pertes de puissance