Facteur de puissance : correction passive

La plupart des alimentations à découpage font appel à la tension continue issue du redressement du secteur. Après le filtre secteur, il y a donc un pont de Graetz et un condensateur chimique de lissage (47uF/400V par exemple). Le courant demandé sur le secteur n’existe que lorsque le condensateur se recharge, c’est à dire sur le haut des alternances.

Etage d'entrée de la plupart des alimentations à découpage

 

Mauvais facteur de puissance et puissance déformante

 

Le courant a donc la forme de pics importants. Cette allure non sinusoïdale correspond à une présence importante d’harmoniques de courant. Cela est décrit par la puissance déformante. Cette puissance déformante sollicite les lignes d'alimentation mais ne produit pas de puissance palpable exploitable physiquement, tout comme la puissance réactive. En effet, la valeur moyenne du produit d'une tension 50Hz par un harmonique de courant (de fréquence 100Hz, 150Hz, etc) est toujours nulle, c'est mathématique.

Ces pics accroissent l’effet Joule sur les lignes d’alimentation et demandent de surdimensionner les éléments en amont. Par ailleurs, tous les systèmes de ce genre vont créer des pics de courant aux mêmes instants (hauts d'alternances). Ceci tend à "aplatir" la tension secteur. Idéalement le courant consommé devrait être sinusoïdal et en phase avec la tension.

 

Allure du courant consommé sans correction du facteur de puissance

 

Mesure réalisée sur une consommation de 600W (150 Ohms sur le secteur redressé filtré avec 220uF/400V).

 

Pour une consommation moyenne de 600W, les pointes de courant montent à 8.5Ampères lorsque l'alternance du secteur est à son maximum (320V), soit une consommation instantanée de 8.5A x 320V = 2720W ! Ceci n'est jamais souhaitable, ni pour EDF, ni pour le pont de diode...

 

La correction du facteur de puissance s'abrège PFC : Power Factor Correction. Cette notation PFC est mentionnée sur les alimentations de PC.

 

Amélioration passive du facteur de puissance

 

 Il apparaît une puissante apparente consommée plus grande que la puissance réelle consommée. Le facteur de puissance FP est défini comme le rapport des deux :

 

FP = puissance réelle/puissante apparente

 

 Le facteur de puissance est d’autant plus faible que les pointes de courant sont intenses et brèves, c’est à dire que la résistance série avec l’ensemble pont de Graetz et condensateur est faible. Il peut descendre jusqu’à 0.5. La résistance série existe toujours dans les diodes et la ligne d’alimentation. On peut placer volontairement en série avec l’alimentation une résistance de quelques ohms, c’est un compromis entre les pertes Joule dans ce composant et la limitation des appels de courant à chaque alternance secteur. On peut aussi utiliser une NTC pour limiter aussi l'appel de courant au démarrage.

 Une solution plus astucieuse car non dissipative consiste à placer entre le pont de Graetz et le condensateur une inductance. L’inductance doit lisser le courant 100Hz issu du pont, sa valeur est typiquement de quelques dizaines de mH pour des alimentations d’une centaine de W. Son matériau magnétique n’a pas besoin d’une bande passante étendue, des tôles de fer conviennent.

 

Correction passive du facteur de puissance : ajout d'inductance en série

 

 Dans ce cas, le courant issu du pont est quasi continu, absorbant sur le secteur un courant de forme carrée.

 

 Allure du courant consommé avec correction passive du facteur de puissance

 

Dans ce cas théorique, le facteur de puissance vaut :

 

  

 

Il est aussi possible d'améliorer le facteur de puissance en utilisation une correction active, basée sur des régulateurs qui vont artificiellement créer une consommation sinusoïdale en phase avec la tension du réseau. C'est le sujet de l'article suivant !