Facteur de puissance et harmoniques : Explication simple

Si vous avez déjà été perdus avec des termes tels que le facteur de puissance, le cosinus phi ou les harmoniques dans le contexte d'une installation d'éclairage LED, cet article est pour vous. Notre spécialiste, Adriaan Van Nuffel, l'explique simplement.

Temps de lecture: 3'45"

Le rôle du cosinus phi

Une installation électrique est alimentée en courant alternatif (CA). Dans ce cas, la tension (en volts) change constamment de direction, ce qui entraîne un profil sinusoïdal. Lorsque l'installation est chargée, par exemple lorsque nous allumons les lumières, un courant (en ampères) circule et, selon le type de source lumineuse ou d'appareil électrique, adoptera également une forme sinusoïdale.

Parfois, il y a un décalage entre le moment où le courant change de direction et le moment où la tension change de direction. Ce décalage de phase est quantifié par le 'cosinus phi'. Dans le cas idéal, il n'y a pas de décalage de phase, et alors le cosinus phi = 1. Le décalage de phase est causé par des éléments inductifs ou capacitifs dans l'installation.

Cos ɸ : La relation entre la tension et le courant

Si le cosinus phi n'est pas égal à 1 mais, par exemple, seulement à 0,8, l'installation demandera plus de courant au réseau pour fournir la même puissance utile. Ce n'est pas bon, car un courant plus élevé entraînera plus de pertes dues à l'échauffement des câbles électriques.

Les harmoniques dans le monde électrique

De nos jours, de nombreux appareils électriques, y compris les pilotes des luminaires LED, sont construits avec des circuits électroniques qui ne prélèvent pas un courant continu au réseau, mais plutôt des impulsions courtes. Cela conduit à un profil de courant qui n'est plus sinusoïdal mais présente une forme irrégulière.

Cette forme irrégulière peut être mathématiquement transformée en une somme de plusieurs profils sinusoïdaux, dont la fréquence est un multiple de 50 Hertz. Ce sont les harmoniques : la première harmonique a une fréquence de 50 Hz, la troisième harmonique a une fréquence de 150 Hz, la cinquième a une fréquence de 250 Hz, et ainsi de suite.

Seule la première harmonique fournit une puissance utile ! (Cela est dû à un principe mathématique lié à l'interaction de différentes fréquences dans les ondes sinusoïdales et cosinusoïdales). Cela s'appelle la puissance active, réelle ou effective. Mais les autres harmoniques demanderont un courant supplémentaire au réseau et entraîneront donc des pertes supplémentaires. Cela s'appelle la puissance apparente, réactive ou aveugle.

De plus, des harmoniques supérieurs peuvent affecter le fonctionnement des autres appareils connectés au réseau.

Tout cela est mesuré par la distorsion harmonique totale (DHT), qui est la somme de tous les courants des harmoniques supérieures divisée par le courant de la première harmonique.

DHT : Une mesure de la distorsion du courant

Un courant parfaitement sinusoïdal n'aura pas d'harmoniques, et donc DHT = 0. À mesure que le courant demandé par les harmoniques supérieures augmente, la DHT augmente également.

La signification du facteur de puissance

Le facteur de puissance (FP) prend en compte à la fois les effets des harmoniques et du cosinus phi. Ainsi, ces deux effets négatifs sont évalués en une seule valeur :

• Le décalage du courant par rapport à la tension (cosinus phi)
• La distorsion du courant par rapport à une onde sinusoïdale parfaite 

Facteur de puissance : Un équilibre entre Cos Phi et DHT

Dans le cas idéal, le facteur de puissance est égal à 1. Si le cosinus phi est trop faible ou si la DHT est trop élevée, la valeur du facteur de puissance diminuera.

Éclairage ETAP et facteur de puissance

• Selon la norme EN61000-3-2, pour les appareils électriques d'une puissance supérieure à 25 watts, un facteur de puissance minimum (FP) de 0,9 est requis. Les luminaires ETAP d'une puissance supérieure à 25W ont toujours un facteur de puissance FP > 0,9.
   
• Le problème se pose généralement avec les appareils électriques d'une puissance inférieure à 25 watts. Ceux-ci peuvent avoir un très mauvais facteur de puissance. Cela peut être le cas, par exemple, avec les chargeurs de téléphones, les ordinateurs, les écrans de télévision, mais aussi les lampes LED à faible puissance (marché résidentiel) ou les tubes LED de qualité inférieure.
   
• Il n'y aura aucun problème si un faible facteur de puissance ne concerne seulement quelques appareils. Cependant, si dans toute une installation les lampes fluorescentes sont remplacées par des tubes LED ayant un mauvais facteur de puissance, cela demandera trop de courant au réseau, entrainant alors de possibles fusibles grillés, des coûts d'électricité supplémentaires, etc.