Nous sommes tous confrontés chaque jour à des appareils électriques, sans lesquels notre vie semble s'arrêter. Et chaque appareil a une puissance nominale sur sa fiche technique. Aujourd'hui, nous allons découvrir ce qu'il est, quel type de puissance il représente et comment la calculer.
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Puissance dans un circuit CA
Les appareils électriques branchés sur les circuits du secteur fonctionnent en courant alternatif, c'est donc dans ces conditions que nous traiterons de la puissance. Mais donnons d'abord une définition générale de ce terme.
Puissance . - Quantité physique représentant la vitesse à laquelle l'énergie électrique est convertie ou transmise.
Dans un sens plus étroit, on dit que la puissance électrique est le rapport entre le travail effectué pendant une période de temps et cette période de temps.
Pour reformuler cette définition de manière moins scientifique, la puissance est la quantité d'énergie consommée par un consommateur pendant une période donnée. L'exemple le plus simple est une ampoule électrique ordinaire. La vitesse à laquelle une ampoule convertit l'électricité qu'elle consomme en chaleur et en lumière est sa puissance en watts. Par conséquent, plus l'indice initial de l'ampoule est élevé, plus elle consomme d'énergie et plus elle émet de lumière.
En effet, dans ce cas, ce n'est pas seulement le processus de conversion de l'électricité en un autre processus (lumière, chaleur, etc.) qui se déroule, mais aussi le processus de conversion de l'électricité en un autre processus.la lumière, la chaleur, etc.), mais aussi le processus d'oscillation du champ électrique et magnétique, un déphasage entre le courant et la tension apparaît, et il faut en tenir compte dans les calculs ultérieurs.
Lors du calcul de la puissance dans un circuit à courant alternatif, il est d'usage de distinguer les composantes active, réactive et totale.
Le concept de puissance active
La puissance active "utile" est la partie de la puissance qui est utilisée pour convertir directement l'énergie électrique en d'autres formes d'énergie. Elle est identifiée par la lettre latine P et mesurée en euros. Watt (W).
Calculé à l'aide de la formule : P = U⋅I⋅cosφ,
où U et I sont la valeur efficace de la tension et du courant respectivement, cos φ est le cosinus de l'angle de phase entre la tension et le courant.
IMPORTANT ! La formule décrite précédemment convient pour le calcul des valeurs suivantes 220VCependant, les machines à usage intensif utilisent normalement un circuit de 380V. Il est donc nécessaire de multiplier la formule par la racine de trois, soit 1,73.
Le concept de puissance réactive
La puissance réactive "nuisible" est la puissance qui est générée pendant le fonctionnement des appareils avec des charges inductives ou capacitives et qui reflète les oscillations électromagnétiques qui se produisent. En termes simples, il s'agit de l'énergie qui est transférée de l'alimentation électrique au consommateur, puis réinjectée dans le réseau.
Il n'est naturellement pas utilisable dans le cas de ce composant ; de plus, il est très préjudiciable au réseau d'alimentation électrique, c'est pourquoi on essaie généralement de le compenser.
Cette valeur est désignée par la lettre latine Q.
SOUVENEZ-VOUS ! La puissance réactive n'est pas mesurée en watts conventionnels (Wmais en volt-ampère réactif (WAR).
Il est calculé selon la formule :
Q = U⋅I⋅sinφ,
où U et I sont la valeur efficace de la tension et du courant respectivement, sinφ est le sinus de l'angle de phase entre la tension et le courant.
IMPORTANT ! Dans le calcul, cette valeur peut être positive ou négative, en fonction du mouvement de phase.
Charges capacitives et inductives
La principale différence entre les systèmes réactifs (capacitif et inductif) sont en fait des charges capacitives et inductives qui ont la propriété d'emmagasiner de l'énergie et de la réinjecter dans le réseau.
Une charge inductive convertit d'abord l'énergie d'un courant électrique en un champ magnétique (pendant une demi-période), puis convertit l'énergie du champ magnétique en courant électrique et le transmet au réseau. Les exemples sont les moteurs asynchrones, les redresseurs, les transformateurs, les électro-aimants.
IMPORTANT ! Avec les charges inductives, la courbe de courant est toujours en retard d'une demi-période sur la courbe de tension.
Une charge capacitive convertit l'énergie d'un courant électrique en un champ électrique, puis reconvertit l'énergie du champ résultant en courant électrique. Les deux processus se déroulent, là encore, sur une demi-période chacun. Les exemples sont les condensateurs, les batteries, les moteurs synchrones.
IMPORTANT ! Pendant le fonctionnement d'une charge capacitive, la courbe de courant est en avance sur la courbe de tension d'une demi-période.
Facteur de puissance cosφ
Facteur de puissance cosφ (qui se lit cosinus phiest une quantité scalaire qui indique l'efficacité de la consommation d'énergie électrique. En termes simples, cosφ indique la présence de la partie réactive et l'ampleur de la partie active résultante par rapport à la puissance totale.
Le facteur cos ϕ se retrouve dans le rapport entre la puissance électrique active et la puissance électrique totale.
VEUILLEZ NOTER ! Pour un calcul plus précis, les distorsions non linéaires de la forme d'onde sinusoïdale doivent être prises en compte, mais sont négligées dans les calculs normaux.
La valeur de ce facteur peut varier de 0 à 1 (si le calcul est effectué en pourcentage, alors de 0% à 100%.). Il est facile de voir dans la formule que plus la valeur est élevée, plus le composant actif est important et donc plus les performances sont bonnes.
Le concept de puissance totale Le triangle du pouvoir
La puissance apparente est calculée géométriquement comme la racine de la somme des carrés des puissances active et réactive respectivement. Elle est désignée par la lettre latine S.
Vous pouvez également calculer la puissance totale en multipliant la tension et le courant, respectivement.
S = U⋅I
IMPORTANT ! La puissance totale est mesurée en voltampères (VA).
Le triangle de puissance est une représentation pratique de tous les calculs décrits précédemment et des relations entre la puissance active, réactive et apparente.
Les cathétus représentent les composantes réactives et actives, tandis que l'hypoténuse représente la puissance totale. Selon les lois de la géométrie, le cosinus de l'angle φ est égal au rapport des composantes active et totale, c'est-à-dire qu'il s'agit du facteur de puissance.
Comment trouver les puissances actives, réactives et apparentes. Exemple de calcul
Tous les calculs sont basés sur les formules mentionnées précédemment et sur le triangle de puissance. Examinons un problème fréquemment rencontré dans la pratique.
Normalement, les appareils sont étiquetés avec une puissance active et une valeur de cosφ. Avec ces informations, il est facile de calculer les composantes réactives et totales.
Pour ce faire, il faut diviser la puissance active par le cosφ et obtenir le produit du courant et de la tension. Ce sera la puissance apparente.
Puis, à partir du triangle de puissance, trouver la puissance réactive égale au carré de la différence entre les carrés des puissances totale et active.
Comment le cosφ est mesuré dans la pratique
La valeur de cos ϕ est généralement indiquée sur les étiquettes des appareils, mais s'il est nécessaire de la mesurer en pratique, un appareil spécialisé, un un phasomètre .. Un wattmètre numérique fera aussi facilement l'affaire.
Si le cosφ résultant est suffisamment faible, il peut être pratiquement compensé. Cela se fait principalement en incluant des instruments supplémentaires dans le circuit.
- S'il est nécessaire de corriger la composante réactive, il faut ajouter au circuit un élément réactif qui agit en sens inverse du dispositif qui fonctionne déjà. Un condensateur est connecté en parallèle pour compenser le moteur asynchrone, pour une charge inductive par exemple. Un solénoïde est connecté pour compenser un moteur synchrone.
- S'il est nécessaire de corriger des problèmes de non-linéarité, un correcteur passif de cosφ, par exemple une self à haute inductance connectée en série avec la charge, est incorporé.
La puissance - c'est l'un des indicateurs les plus importants des appareils électriques, donc savoir ce qu'elle est et comment elle est calculée, c'est utile non seulement pour les écoliers et les personnes spécialisées dans la technologie, mais aussi pour nous tous.
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