charge non linéaire (redresseur) et facteur de puissance

J'ai lu que le facteur de puissance montre combien il y a de puissance apparente, qui circule entre les lignes électriques et la charge et ne fait que chauffer les lignes de transmission et les transformateurs. Ils disent que cela est dû au fait que le courant est déphasé par rapport à la tension. En particulier, la puissance s'écoule de la charge lorsque la tension est positive mais le courant est négatif.

De plus, je vois que le redresseur à diode ne conduit qu'aux moments courts de la tension de crête, lorsque la tension d'entrée dépasse la tension de charge (les redresseurs ont un condensateur de sortie = tension de charge). Ainsi, toute la puissance est consommée pendant ces courtes rafales. J'ai lu un article disant que les gens ne comprennent rien et que tout le problème n'est pas le facteur de puissance mais ces salves qui surchargent les transformateurs dans les lignes électriques (il n'est pas permis de faire de gros courants dans les transformateurs à cause du danger de perte de magnétisation). Mais, lorsque vous consommez toute l'énergie pendant une très petite fraction du sinus, un courant énorme se produit. Évidemment, le courant n'est pas proportionnel à la tension comme il le devrait dans la charge de référence (résistance) avec un facteur de puissance de 1. Mais, je ne vois aucune puissance négative ici! Le redresseur empêche d'avoir une tension d'entrée positive et un courant négatif. Tout le courant est positif sous la tension positive de crête. Alors, comment la charge non linéaire produit-elle la puissance apparente?

En d'autres termes, Wikipedia indique http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Power_factor

Les alimentations à découpage simples hors ligne intègrent un simple redresseur pleine onde connecté à un grand condensateur de stockage d'énergie. Ces SMPS tirent le courant de la ligne CA en courtes impulsions lorsque la tension instantanée du réseau dépasse la tension aux bornes de ce condensateur. Pendant la partie restante du cycle AC, le condensateur fournit de l'énergie à l'alimentation.

Il en résulte que le courant d'entrée de ces alimentations à découpage de base a un contenu harmonique élevé et un facteur de puissance relativement faible.

Comment concluent-ils que le contenu harmonique produit le faible facteur de puissance? D'où vient le pouvoir apparent?

Je comprends que le courant a des harmoniques (composantes de fréquence), ce qui signifie qu'il oscille d'avant en arrière tandis que la tension reste d'une seule polarité. Il se pourrait que ces oscillations de courant à haute fréquence produisent la puissance apparente. Cependant, le flux net est toujours positif, le courant ne circule toujours que dans un sens, correspondant à la polarité de la tension et les oscillations ne le font pas circuler en sens inverse pour provoquer la puissance apparente.

Le point que vous semblez manquer est qu'il ne nécessite pas de transfert d'alimentation de l'appareil vers la ligne d'alimentation pendant une partie du cycle d'alimentation pour avoir un facteur de puissance inférieur à l'unité.

Il existe différentes façons de voir ce qu'est réellement le facteur de puissance, bien qu'elles se présentent toutes de la même manière mathématique. Une façon est le rapport de la puissance réelle fournie au produit par rapport à la tension et au courant RMS. Si le courant est un sinus (considérons la tension toujours un sinus dans ce cas, car la ligne électrique a une impédance si faible), alors vous avez un facteur de puissance unitaire quand il est en phase avec la tension, et 0 quand 90 degrés sur phase. Dans le cas d'un sinus, la puissance doit revenir à la ligne pendant une partie du cycle pour avoir un facteur de puissance inférieur à l'unité.

Cependant, de nombreuses autres formes d'onde sont possibles. Vous pouvez avoir un courant qui est toujours 0 ou positif lorsque la tension est positive, ou 0 ou négatif lorsque la tension est négative, mais ce n'est pas un sinus. Les pointes que vous mentionnez causées par un pont pleine onde en sont un bon exemple. La puissance ne revient jamais à la ligne électrique, mais le facteur de puissance est cependant inférieur à 1. Faites quelques exemples et calculez le courant RMS tiré par un pont pleine onde. Vous verrez que la puissance réelle totale tirée de la ligne électrique est inférieure au courant RMS multiplié par la tension de la ligne électrique (encore une fois, nous supposons que la tension de la ligne électrique est toujours un sinus).

Une autre façon de penser à cela est que les pertes dans le système de transmission sont proportionnelles au carré du courant. Le pont pleine onde puise son courant dans de courtes pointes de grande ampleur. En raison de la nature quadratique des pertes, celle-ci est pire que le même courant moyen tiré plus étalé. Si vous travaillez sur ce calcul, vous vous rendez compte que la façon de minimiser le carré moyen du courant est de faire en sorte que le courant soit un sinus en phase avec la tension. C'est le seul moyen d'atteindre le pouvoir d'unité.

Une autre façon de voir les choses, à laquelle vous avez fait allusion, est de penser à l'expansion de Fourier du courant. Nous supposons une forme d'onde actuelle qui se répète à chaque cycle de ligne électrique, donc il a une série de Fourier. Une telle forme d'onde répétitive peut être exprimée comme la somme d'une série d'ondes sinusoïdales à la fréquence de la ligne électrique et de multiples entiers positifs de celle-ci. Par exemple avec une puissance de 60 Hz, la forme d'onde est une somme de sinus à 60 Hz, 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, etc. La seule question est de savoir quelle est l'amplitude et le déphasage de chacune de ces harmoniques. Il devrait être évident que seul le fondamental (le composant 60 Hz dans cet exemple) est capable de tirer une puissance nette de la ligne électrique, et que seulement dans la mesure où il est en phase avec la tension. Étant donné que tous les composants sont des sinus, chacun consommera de l'énergie pendant une partie du cycle et restituera la même puissance à une autre partie du cycle, à l'exception de la composante en phase du fondamental. Ainsi, votre façon de considérer le facteur de puissance comme devant remettre la puissance pendant une partie du cycle est valable si vous décomposez la forme d'onde actuelle en composantes sinusoïdales. Cependant, il est possible d'avoir un ensemble de composants d'onde sinusoïdale qui prennent et retournent la puissance à la ligne électrique à différents moments de telle sorte que le réseau de tous les composants à un moment donné soit nul ou positif. Le courant de pont pleine onde est un exemple d'une telle forme d'onde. il est possible d'avoir un ensemble de composants d'onde sinusoïdale qui prennent et retournent la puissance à la ligne électrique à différents moments de telle sorte que le filet de tous les composants à un moment donné soit nul ou positif. Le courant de pont pleine onde est un exemple d'une telle forme d'onde. il est possible d'avoir un ensemble de composants d'onde sinusoïdale qui prennent et retournent la puissance à la ligne électrique à différents moments de telle sorte que le filet de tous les composants à un moment donné soit nul ou positif. Le courant de pont pleine onde est un exemple d'une telle forme d'onde.