PFC – Correction du Facteur de Puissance : Guide Technique Complet

PFC – Correction du Facteur de Puissance : Guide Technique Complet

Aujourd’hui, on va voir en détail ce qu’est la correction du facteur de puissance (PFC) et pourquoi elle est essentielle dans les installations électriques modernes.

Qu’est-ce que le facteur de puissance ?

Le facteur de puissance est le rapport entre la puissance active (utilisée réellement pour effectuer un travail) et la puissance apparente (puissance totale fournie par le réseau). Il est exprimé par la formule :

Un facteur de puissance idéal est égal à 1, ce qui signifie que toute la puissance fournie est utilisée efficacement. Cependant, dans la réalité, il est souvent inférieur à 1, notamment à cause des charges inductives (moteurs, transformateurs, ballast, etc.) qui génèrent un déphasage entre courant et tension.

Pourquoi corriger le facteur de puissance ?

• Réduction des pertes électriques : Un mauvais facteur de puissance entraîne des courants plus élevés dans le réseau, ce qui accroît les pertes par effet Joule.
• Amélioration de la capacité de transport du réseau : En corrigeant le facteur, la charge apparente diminue, libérant ainsi de la capacité pour d’autres équipements.
• Réduction des pénalités financières : Les fournisseurs d’électricité facturent souvent des pénalités si le facteur de puissance est trop faible.
• Stabilité du réseau : Une correction améliore la qualité de l’énergie et réduit les risques d’instabilité et de surtensions.

Méthodes de correction du facteur de puissance

La correction du facteur de puissance peut s’effectuer principalement par compensation de la puissance réactive inductive :

1. Condensateurs de compensation (bancs de condensateurs) :Les condensateurs fournissent de la puissance réactive capacitive qui annule partiellement ou totalement la puissance réactive inductive des charges.
2. Filtres actifs de puissance (Active Power Filters) :Ils sont utilisés dans les systèmes plus complexes et permettent non seulement la correction du facteur mais aussi la réduction des harmoniques.
3. Correcteurs statiques :Dispositifs électroniques qui ajustent dynamiquement la correction en fonction de la charge.

Dimensionnement des condensateurs pour la correction

Le choix de la capacité nécessaire se fait selon la formule :

où :

• P = puissance active en watts
• φ1 = angle de déphasage initial (avant correction)
• φ2 = angle de déphasage désiré (après correction)

Cette puissance réactive est liée à la capacité C par :

avec f la fréquence (Hz) et U la tension (Volts).

Exemple simple de calcul

Supposons une charge consommant 10 kW avec un facteur de puissance initial de 0,7 (cos φ1 = 0,7). On souhaite le porter à 0,95 (cos φ2 = 0,95) sur un réseau 230 V monophasé à 50 Hz.

1. Calcul des angles :
   • φ1 = arccos(0,7) ≈ 45,57°
   • φ2 = arccos(0,95) ≈ 18,19°
2. Calcul de la puissance réactive à compenser :
   • Qc = 10 000 × (tan 45,57° – tan 18,19°) ≈ 10 000 × (1,02 – 0,33) = 6 900 VAR
3. Calcul de la capacité C :
   • C = Qc / (2πf U²) = 6900 / (2 × 3,1416 × 50 × 230²) ≈ 1,65 × 10⁻⁴ F = 165 μF

Il faudra donc installer un condensateur d’environ 165 μF pour corriger le facteur de puissance de cette charge.

Considérations pratiques

• La correction permanente par condensateurs fixes est adaptée aux charges constantes.
• Pour des charges variables, les condensateurs commutés ou les correcteurs statiques sont préférables.
• Une correction excessive (facteur de puissance > 1) peut causer une puissance réactive capacitive nuisible.
• La présence d’harmoniques dans le réseau nécessite parfois des filtres spécifiques pour éviter les résonances.

En résumé, la correction du facteur de puissance améliore l’efficacité énergétique, réduit les coûts et protège le réseau. C’est un aspect incontournable dans la gestion moderne des installations électriques.

Pour approfondir, découvrez comment fonctionnent les filtres actifs pour la gestion des harmoniques et la correction dynamique.