Le cosinus de phi (cos φ) est appelé facteur de puissance dans le contexte des circuits électriques

en courant alternatif (AC)

Il représente le déphasage entre la tension et le courant dans un circuit

Le facteur de puissance est le rapport entre la puissance active (P) et la puissance apparente (S).

Il est donné par :

où :

• P est la puissance active en watts (W),
• S est la puissance apparente en voltampères (VA).

Déphasage (φ) : L'angle φ (phi) est l'angle de déphasage entre la tension et le courant. Dans les circuits inductifs, le courant retarde par rapport à la tension (φ est positif), et dans les circuits capacitifs, le courant avance par rapport à la tension (φ est négatif).

Le facteur de puissance indique quelle proportion de la puissance apparente est réellement utilisée pour effectuer un travail utile (puissance active).

Dans les systèmes de puissance réels, il est généralement compris entre 0 et 1.

Importance du facteur de puissance : 

• Efficacité : Un facteur de puissance élevé (proche de 1) signifie que la majorité de la puissance apparente est convertie en puissance active. Un faible facteur de puissance indique une inefficacité, car une part significative de la puissance apparente est utilisée pour la puissance réactive, qui ne réalise aucun travail utile.

• Coûts : Les gestionnaires via les fournisseurs d'électricité peuvent facturer davantage les clients avec un faible facteur de puissance, car cela impose une charge plus importante sur leur infrastructure pour fournir la même quantité de puissance (apparente).

• Dimensionnement des équipements : Les équipements doivent être dimensionnés pour gérer la puissance apparente, pas seulement la puissance active. Un faible facteur de puissance peut nécessiter des câbles, transformateurs et générateurs plus grands et plus coûteux.

En pratique, on utilise souvent des dispositifs de correction du facteur de puissance, comme les condensateurs, pour améliorer le facteur de puissance d'un système et ainsi optimiser son efficacité et réduire les coûts.

Le cosinus de phi (cos φ) est appelé facteur de puissance dans le contexte des circuits électriques

en courant alternatif (AC)

Il représente le déphasage entre la tension et le courant dans un circuit

Le facteur de puissance est le rapport entre la puissance active (P) et la puissance apparente (S).

Il est donné par :

où :

• P est la puissance active en watts (W),
• S est la puissance apparente en voltampères (VA).

Déphasage (φ) : L'angle φ (phi) est l'angle de déphasage entre la tension et le courant. Dans les circuits inductifs, le courant retarde par rapport à la tension (φ est positif), et dans les circuits capacitifs, le courant avance par rapport à la tension (φ est négatif).

Tension (Voltage) : Représentée par la courbe bleue sinusoïdale. C'est la référence avec laquelle on compare le déphasage des courants.

Courant Capacitif (Current - Capacitif) : Représenté par la courbe verte en tirets. Dans ce cas, le courant est en avance sur la tension (déphasage négatif). Ce type de charge a un facteur de puissance capacitif.

Courant Résistif (Current - Résistif) : Représenté par la courbe rouge en tirets-pointillés. Ici, le courant est en phase avec la tension (aucun déphasage). Ce type de charge a un facteur de puissance égal à 1, ce qui est idéal.

Courant Inductif (Current - Inductif) : Représenté par la courbe violette en points. Dans ce cas, le courant est en retard par rapport à la tension (déphasage positif). Ce type de charge a un facteur de puissance inductif

• Puissance Active (P) : C'est la puissance réelle qui effectue un travail utile, comme l'éclairage, le chauffage, ou le fonctionnement des moteurs. Elle est mesurée en watts (W).

  P=U×I×cos⁡(φ)

• Puissance Réactive (Q) : C'est la puissance qui oscille entre la source et la charge sans effectuer de travail utile. Elle est nécessaire pour créer et maintenir les champs magnétiques (dans les charges inductives) et les champs électriques (dans les charges capacitives). Elle est mesurée en voltampères réactifs (VAR).

• Puissance Apparente (S) : C'est la combinaison de la puissance active et réactive. Elle représente la puissance totale fournie par la source. Elle est mesurée en voltampères (VA).

  S=U×I

Relation entre P, Q, et S : Ces puissances sont reliées par le théorème de Pythagore dans un triangle des puissances :

S²=P²+Q²

IMPORTANCE DE LA PUISSANCE REACTIVE 

• Équilibrage des Charges : La puissance réactive est essentielle pour le fonctionnement correct des dispositifs inductifs et capacitifs. Elle permet de maintenir les champs électromagnétiques nécessaires.

• Dimensionnement des Systèmes : Les systèmes électriques doivent être conçus pour fournir à la fois la puissance active et réactive. Cela affecte le dimensionnement des générateurs, transformateurs, et lignes de transmission.

• Facteur de Puissance : Un faible facteur de puissance, dû à une puissance réactive élevée, indique une inefficacité. Les compagnies d'électricité facturent souvent les clients pour améliorer leur facteur de puissance, car une puissance réactive élevée peut augmenter les pertes et réduire la capacité du système de distribution.

Courant en avance : 

• Déphasage Capacitif : Lorsque le courant est en avance par rapport à la tension, cela signifie que la charge est principalement capacitive (par exemple, certains types de circuits électroniques, condensateurs).
• Facteur de Puissance : Le facteur de puissance est positif, mais inférieur à 1. Cela se traduit par un angle de déphasage négatif φ
• Implications :

• • Puissance Réactive : Une partie de la puissance apparente est utilisée pour maintenir le champ électrique dans les composants capacitifs, ce qui entraîne une puissance réactive.
  • Efficacité Réduite : Comme pour les charges inductives, un faible facteur de puissance capacitif peut entraîner des inefficacités et des coûts supplémentaires.
  • Effets sur le Réseau : Les charges capacitives peuvent parfois être utilisées pour compenser les charges inductives et améliorer le facteur de puissance global du système.

Courant en phase (Aucun déphasage) : 

• Déphasage Résistif : Lorsque le courant est en phase avec la tension, cela signifie que la charge est purement résistive (par exemple, chauffages électriques, ampoules à incandescence).
• Facteur de Puissance : Le facteur de puissance est égal à 1, ce qui signifie que toute la puissance apparente est convertie en puissance active.
• Implications : 

• • Efficacité Maximale : Aucun déphasage signifie que toute la puissance fournie est utilisée pour effectuer un travail utile.
  • Moins de Pertes : Les pertes dues à la puissance réactive sont minimisées, ce qui rend le système plus efficace.

Courant en retard : 

• Déphasage Inductif : Lorsque le courant est en retard par rapport à la tension, cela signifie que la charge est principalement inductive (par exemple, moteurs, transformateurs, bobines).
• Facteur de Puissance : Le facteur de puissance est positif, mais inférieur à 1. Cela se traduit par un angle de déphasage positif φ
• Implications :  

• • Puissance Réactive : Une partie de la puissance apparente est utilisée pour maintenir le champ magnétique dans les composants inductifs, ce qui entraîne une puissance réactive.
  • Efficacité Réduite : Un faible facteur de puissance indique que plus de puissance est nécessaire pour accomplir le même travail, ce qui peut conduire à des pertes d'énergie et des coûts supplémentaires.
  • Dimensionnement des Équipements : Les câbles, transformateurs et générateurs doivent être dimensionnés pour supporter la puissance apparente totale, y compris la composante réactive.

Pour améliorer le facteur de puissance et réduire la puissance réactive dans un système, on utilise souvent des dispositifs de correction, tels que :

• Condensateurs : Pour compenser les charges inductives.
• Bobines : Pour compenser les charges capacitives.