Ce deuxième rapport technique sur le thème de la puissance réactive et en particulier de la puissance réactive de distorsion complète la première contribution n° 05 (théorie du cosphi par rapport au facteur de puissance). Dans ce rapport, la tension et le courant d’une ampoule sont mesurés à l’aide d’un analyseur de puissance (PQ-Box 200) dans le cadre d’une mesure en ligne, qui est contrôlée par un contrôle de l’angle de phase. Cet exemple de mesure permet d’illustrer l’origine des différents types de puissance réactive.
L’exemple montre comment utiliser un analyseur de puissance pour mesurer la tension, le courant et la puissance, une fois du côté du réseau, au niveau de la prise de courant, et une fois directement au niveau de la charge, dans ce cas une ampoule. Avec ces valeurs mesurées, on peut ensuite calculer et analyser la puissance réactive de distorsion.
Dans l’image de l’oscilloscope en ligne, les formes d’onde du courant et de la tension sont visibles. Au début, seules les tensions sont affichées. On peut voir une onde sinusoïdale de la prise, qui a une forme propre, mais qui est légèrement aplatie. Ce phénomène est typique des immeubles de bureaux où un grand nombre d’alimentations électriques monophasées sont utilisées. La tension de ligne a une valeur efficace de près de 230V UL1. Lorsque le contrôle de l’angle de phase est réglé sur la luminosité maximale, la valeur efficace du courant est de 1,33A.
La tension est alors coupée via le contrôle de l’angle de phase jusqu’à ce qu’une valeur de courant effective de 1A soit atteinte. Le courant est identique en tout point du circuit et est également de 1A RMS au niveau de l’ampoule. La tension au niveau de l’ampoule a été réduite à une valeur efficace de 135V. L’ampoule étant une charge ohmique, le courant suit la tension appliquée dans une proportion de 1:1. Dans les résultats de mesure, la tension au niveau de la douille est représentée en vert et la tension fournie par le contrôle de l’angle de phase de l’ampoule est représentée en bleu.
Lors de la mesure, une tension de 135 volts et un courant de 1 ampère ont été mesurés au niveau de l’ampoule. Du côté du réseau, on a mesuré 230 volts et 1 ampère. La question se pose donc de savoir quelles valeurs de mesure de la puissance sont obtenues du côté du réseau et du côté du consommateur? Quelle puissance est calculée comme puissance active?
L’utilisation du contrôle de l’angle de phase entraîne un décalage de la tension d’oscillation fondamentale par rapport au courant d’oscillation fondamentale. Cela nous donne un angle de phase phi du décalage fondamental. Dans ce cas, le courant est décalé de 40 degrés par rapport à la tension. L’angle de phase sur les phases L2, L3 (sur l’ampoule) est presque nul, ce qui correspond à un cosinus phi d’exactement 1. Il convient de noter que l’ampoule reste une charge ohmique.
Figure No. 5 shows all power measurement values of the measurement inputs of the PQ-Box 200. All measurement values of phase L1 refer to the power supply (socket), the measurement values L2 and L3 were determined directly at the light bulb.
Il en résulte les valeurs de puissance mesurées suivantes:
- Valeurs mesurées au niveau de l’ampoule (L2, L3).
La puissance active correspond à la puissance apparente. Le cosphi ainsi que le facteur de puissance PF sont à la valeur 1, ce qui correspond à une charge purement résistive. - Valeurs mesurées au niveau de la connexion au réseau (avant le contrôle de l’angle de phase ; L1)
En raison du déphasage du courant fondamental par rapport à la tension d’environ 40°, il existe une puissance réactive fondamentale de 114Var. Cette puissance réactive ne peut à elle seule expliquer la différence entre la puissance apparente (232VA) et la puissance active (140W). Le facteur de puissance qui résulte de la division de la puissance apparente et de la puissance active est de 0,6. Le cosphi calculé à partir de l’angle de phase phi donne une valeur de 0,77.
Si la puissance active à l’entrée du circuit est calculée à l’aide de la formule connue
P = U x I x Cos(Phi), les valeurs mesurées seront incorrectes. Dans notre cas, la puissance active est de 177 W. Pour que la formule calcule une puissance active correcte, il faut s’assurer que seule la section 50Hz du courant est utilisée pour l’électricité. Cela correspond à 1A.
L’analyse du spectre de courant montre une valeur RMS de 1A, qui est la somme du fondamental et de toutes les harmoniques du courant. Si le curseur est positionné sur 50 Hertz, le logiciel WinPQ mobil affiche une valeur de 770mA et, par exemple, sur 150 Hertz une valeur de 118mA. Un calcul correct de la puissance active nécessite l’utilisation de 230 volts multipliés par le courant correct, qui se limite à la composante 50 hertz de 0,770A et au cosinus de l’angle Phi de 0,77. Le résultat correspond maintenant à la valeur convertie par l’ampoule. Le compteur calcule déjà correctement cette valeur, ce qui donne une puissance active de 139 watts du côté du réseau. L’ampoule convertit actuellement 136 watts. La différence de quelques watts est due aux pertes du variateur.
Dans ce circuit, la puissance réactive harmonique n’est pas négligeable. Ceci est visible sur le graphique 9 (marqué D).
Dans cette mesure, la puissance réactive totale collective est composée de la puissance réactive fondamentale de 114Var et d’une puissance réactive de distorsion (puissance réactive harmonique) de 147Var. La somme de ces deux éléments donne une puissance réactive totale collective de 186Var. La puissance active est de 138 W. La puissance réactive de déplacement fondamentale de 114Var est perpendiculaire à la puissance active (vert). La somme carrée des deux puissances réactives donne la puissance réactive totale pour la phase L1 (rouge) de 186var. La puissance active et la puissance réactive totale additionnées au carré donnent 232VA (bleu), ce qui correspond à nouveau à U fois I. Il faut noter que dans les installations électriques, si le courant n’est pas sinusoïdal, il y a une puissance réactive de distorsion et celle-ci doit être incluse dans le calcul des puissances.
Auteur
Jürgen Blum, Chef de produit Power Quality Mobil
