Cosinus phi

Une installation électrique est alimentée avec un courant alternatif (AC). La tension (en Volt) change continuellement de sens, avec un profil sinusoïdale comme résultat.

Quand on allume un luminaire, il y a un courant (en Ampères), qui dans le cas le plus simple sera dépendant du type de source lumineuse ou appareil électrique, il sera également sinusoïdale.

Il peut y avoir parfois un déphasage entre le moment où le courant change de sens et la tension. Ce déphasage est caractérisé par le 'cosinus phi'. Dans le cas idéal, il n’y a pas de déphasage, alors le cosinus phi = 1.

L’origine de ce déphasage est soit un élément capacitif soit inductif dans l’installation. Les ballasts magnétiques des lampes fluos sont par exemple inductif.  

 

Le déphasage entre tension et courant
Le déphasage entre tension et courant

 

Cos phi = mesure du déphasage entre tension et courant

 

Si le cosinus phi est différent de 1, par exemple égal à 0.8, l’installation va tirer plus de courant du réseau pour avoir la même puissance utile. Cette situation n’est pas optimale car un courant plus élevé va engendrer plus de perte à cause de la chaleur des câbles.

Harmoniques

Actuellement beaucoup d’appareils électriques (y compris les drivers des luminaires LED) sont conçus comme des circuits électroniques. Ces circuits n’utilisent typiquement pas un courant sinusoïdale, mais plutôt des pulsations courtes. Le résultat sera un profil de courant qui n’est plus sinusoïdale, mais qui a une forme irreguliere.

 

Le courant n'est plus sinusoïdale, mais il a une forme irrégulière
Le courant n’est plus sinusoïdale, mais il a une forme irrégulière

 

Cette forme irrégulière peut être transformé mathématiquement en une somme de plusieurs profils sinusoïdales, avec des fréquences multiples de 50 Hz.

C’est ce qu’on appelle des harmoniques: la premier harmonique est à 50 Hz, la troisième harmonique est à 150 Hz, la cinquième est à 250 Hz ...

 

Le courant irrégulier est une somme des sinusoïdes: les harmoniques
Le courant irrégulier est une somme des sinusoïdes: les harmoniques

 

Seulement la première harmonique transmet de la puissance utile ! (La raison pour ceci est mathématique et concerne le produit des sinus et cosinus avec différentes fréquences).

Mais les autres harmoniques vont également tirer du courant du réseau électrique, ceci va entrainer des pertes additionnelles.

De plus, les harmoniques élevées peuvent influencer de manière négative le fonctionnement des autres appareils connectés sur le réseau.

Ces effets sont mesurés avec le THD (Total Harmonic Distortion), ce qui est la somme des courants des harmoniques élevées divisé par le courant de la première harmonique.

THD: mesure de la distorsion du courant

Un courant parfaitement  sinusoïdale n’aura pas d’harmonique, et donc THD = 0.

Si le courant demandé par les harmoniques augmente, le THD monte aussi.

Facteur de puissance

Le facteur de puissance (PF)  prend en compte l’effet des harmoniques et le cosinus phi. Avec le facteur de puissance les deux effets négatifs sont donc additionnés dans un seul paramètre.

  • Le déphasage du courant vis-à-vis à la tension (cosinus phi)
  • La déformation du courant comparé avec un sinus pure (THD)

PF: combinaison du Cos phi & THD

Dans le cas idéal, le facteur de puissance = 1.

Si le cosinus phi est bas, ou le THD haut, la valeur du facteur de puissance va diminuer.

Les luminaires d’ETAP et le facteur de puissance

Pour les appareils de puissance supérieur à 25W, la norme EN 6100-3-2 exige d’avoir un facteur de puissance (PF) minimal de 0,9.

Les luminaires ETAP avec une puissance supérieure à 25W ont donc toujours un facteur de puissance PF > 0,9.

Tube LED , mais quel est son facteur de puissance ?

 

 

 

Le problème se pose au plus souvent avec les appareils avec une puissance inférieure à 25W. Ces appareils peuvent avoir un très mauvais facteur de puissance. C’est le cas par exemple des chargeurs d’ordinateurs, des chargeurs de téléphone ou des  écrans de télévision, … mais aussi des luminaires LED de basse puissance pour le marché résidentiel, ou des tubes LED de mauvaise qualité !

Vous ne rencontrerez  pas de problème si votre installation ne comprend qu’un seul appareil avec un facteur de puissance mauvais. Mais si vous décidez de remplacer toute votre installation par des tubes LED qui ont un facteur de puissance bas, ces derniers vont  demander beaucoup trop de courant au réseau. Les conséquences peuvent être des fusibles qui sautent, des surcharges électriques ...

Si vous comptez utiliser des tubes LED pour remplacer vos lampes fluorescentes, tenez donc bien compte du facteur de puissance !

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