Electricité Etude du facteur de puissance

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1 Etude du facteur de puissance Français p 1 Maquette amélioration du facteur de puissance Version : 0109

2 1 La maquette 1.1 Descriptif La maquette facteur de puissance permet d aborder, par analogie, la problématique liée au cos(φ) dans les entreprises. Commutateur de choix des valeurs Point de mesure de la tension Douilles d alimentation Point de mesure du courant 1.2 Le besoin pédagogique Masse Dans une entreprise, les moteurs de nature inductive consomment de l énergie réactive, ce qui a pour effet de dégrader le facteur de puissance de l installation. EDF impose des normes strictes, les entreprises et même les particuliers doivent les respecter et adapter leurs installations. La maquette prend donc en compte ces différents aspects en intégrant : 2 résistances symbolisant les postes de chauffage et d éclairage d une entreprise : 2 inductances symbolisant les moteurs électriques d une entreprise : FRANCAIS 1

3 Electricité Plusieurs valeurs de condensateurs permettant une action progressive sur le facteur de puissance : Les choix multiples de valeurs de composants permettent de favoriser l investigation et l étude de différentes combinaisons. Ces choix multiples, alliés à une facilité de câblage, permettent d étudier : La nature des dipôles, Le déphasage, Les mesures d un courant et d une tension, de la puissance, La détermination du facteur de puissance, diagramme de Fresnel, L amélioration du facteur de puissance, Le tracé de la puissance en fonction du facteur de puissance, La tension maximale, tension efficace, période et fréquence. 2 Exemple de manipulations 2.1 Montage Alimenter la maquette avec un signal sinusoïdal grâce à un générateur basse fréquence à 10 khz, visualiser la tension et le courant en sortie de la maquette. Avec les interrupteurs, vous pouvez choisir différentes combinaisons entre les dipôles, 4 combinaisons au total pour autant de cas d études du facteur de puissance. Console Primo et ses 2 capteurs Voltmètre Alimentation par GBF FRANCAIS 2

4 Maquette facteur de puissance 2.2 Détermination expérime entale du déphasage Le déphasage est le décalage temporel du courant par rapport à la tension. Il peut se mesurer en ESAO ou à l oscilloscope grâce aux relevés des valeurs instantanées du courant et de la tension. 2.3 Détermination du facteur de puissance Le facteur de puissance se détermine à partir du déphasage exprimé en angle (degrés). Cos (φ) = cos (angle mesuré précédemme ent entre u et i). Sa valeur varie de 0 à 1, le cos (φ) idéal pouvant atteindre la valeur de 1, ce ne sera en réalité jamais le cas. Mesurez sur les relevés, le décalage entree le courant et la tension : Calculez ensuite représente 360. le décalage angulaire sachant qu une période du signal φ =(t mesuré / T) 360 avec «T» la période des signaux et «t mesuré» le décalage entree u et i. Déterminez le cos(φ) par calcul. FRANCAIS 3

5 2.4 Amélioration du facteur de puissance Un déphasage a été préalablement mesuré et calculé, on va donc montrer que l ajout de condensateurs en parallèles de toutes les dipôles, comme le font les entreprises, permet d améliorer le facteur de puissance. Cos (φ) non corrigé Cos (φ) corrigé Il est ensuite possible en traçant un diagramme de Fresnel, de démontrer l impact des condensateurs sur le facteur de puissance. φ corrigé φ Apport de réactif du condensateur Il est alors plus facile de montrer graphiquement, avec un diagramme de Fresnel, que l apport de réactif par le condensateur, permet de compenser la consommation de réactif de l inductance, et de fait d améliorer le facteur de puissance. 2.5 Tracé de la puissance apparente en fonction du facteur de puissance Il est intéressant de montrer que la puissance apparente nécessaire diminue en même temps que l amélioration du facteur de puissance, ce qui permet de sous dimensionner les appareillages d alimentation, tels les transformateurs et les dimensions (sections) des câbles, dans une optique de réduction du coût d installation et de moindre consommation énergétique (moins de pertes en ligne principalement). FRANCAIS 4

6 Pour cela, relevez la tension et le courant efficace en entrée de la maquette, et ce en fonction du facteur de puissance (pour faciliter la tâche de l élève, le sélecteur permet d augmenter ou réduire progressivement la valeur du condensateur, et garantit un résultat immédiat favorisant son investigation). En traçant la courbe, il est ensuite facile de constater que la puissance apparente nécessaire sera d autant plus faible que le facteur de puissance sera proche de 1. Relevé de Umax Relevé de Imax = Umax / R3 (R3=100Ω) Relevé de φ Calcul de Ueff Ueff = Umax / 2 Calcul de Ieff Ieff = Imax / 2 Calcul du cos(φ) φ =(t mesuré / T) 360 (voir paragraphe 2.3) Calcul de la puissance apparente : S = Ueff Ieff Exemple de tableau de relevés à remplir par l élève : Off Umax Ueff Imax Ieff S Cos(φ) Vous pouvez ensuite tracer la courbe S = f(cos(φ)), et observer que la puissance apparente diminue dès lors que le cos(φ) se rapproche de 1, ce qui tend à prouver que l amélioration du facteur de puissance d une installation permet de sous dimensionner les appareils d alimentation et de limiter les pertes en ligne, réduisant ainsi les coûts d installation et d exploitation pour le fournisseur d électricité. 3 Caractéristiques 2 inductances : 6,8mH et 22mH, 2 résistances : 100Ω et 1kΩ, 8 condensateurs : de 0 à 1040nF, Alimentation à 10kHz par GBF (avec GF3 référence : ou GF4 référence : , voire GF5), Dimensions : 135*90*30 mm. FRANCAIS 5

7 4 Service après vente La garantie est de 2 ans, le matériel doit être retourné dans nos ateliers. Pour toutes réparations, réglages ou pièces détachées, veuillez contacter : JEULIN - SUPPORT TECHNIQUE Rue Jacques Monod BP EVREUX CEDEX FRANCE * * 0.15 TTC/ min à partir d un poste fixe FRANCAIS 6

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