Correction de facteur de puissance

Concevez, réglez et vérifiez des algorithmes de correction de facteur de puissance grâce à la simulation

Le facteur de puissance d'un circuit alternatif correspond au rapport entre la puissance réelle instantanée utilisée par une charge électrique et la puissance apparente présente dans le circuit. Il s'agit de la mesure de l'efficacité de transmission et d'utilisation de la puissance par les charges  connectées à un réseau électrique.

\[Power \; Factor = \frac{Real \; Power \; (kW)}{Apparent \; Power \; (kVA)}\]

Dans un circuit entièrement linéaire,

\[Power \; Factor = cosθ\]

où \(θ\) correspond à l'angle entre la puissance réelle et la puissance apparente dans le triangle vectoriel des puissances ci-dessous.

Triangle vectoriel des puissances.

Plus le facteur de puissance est proche de 1, meilleure est l’utilisation de la puissance tirée du réseau. Un facteur de puissance faible indique la présence d'éléments inductifs ou capacitifs dans le circuit, entraînant un retard ou une avance du courant consommé sur la tension et donc une baisse de la puissance réelle instantanée disponible pour la charge ainsi qu’une consommation inutile d'intensité au niveau des câbles.

Profil de puissance moyenne pour des facteurs de puissance en avance et en retard.

Pour les circuits non linéaires, le facteur de puissance dépend d’une composante associée aux distorsions créées par les harmoniques du courant de ligne.

\[Power \; Factor = cosθ * \frac{1} {\sqrt {1 + Total \; Harmonic \; Distortion^2}}\]

Les charges telles que les alimentations à découpage sont très répandues étant donné leurs avantages en termes d’encombrement, de coût et d'efficacité. Cependant, ces systèmes sans correction de facteur de puissance ont pour inconvénient d’introduire des harmoniques de courant du fait des commutations de leurs interrupteurs de puissance (tels que les MOSFET par exemple). Ceci crée une augmentation de la distorsion harmonique totale du courant de la charge, faisant ainsi baisser la qualité de puissance.

Les ingénieurs utilisent différentes techniques pour améliorer la qualité de conversion de la puissance de ces installations électriques. En ce qui concerne les charges linéaires, l’amélioration du facteur de puissance peut être obtenue par compensation de la puissance réactive. Pour les charges non linéaires générant des harmoniques, il est nécessaire d’avoir recours à des techniques de correction de facteur de puissance plus élaborées telles que des filtres anti-harmoniques ou encore des filtres actifs. Ces techniques de correction de facteur de puissance s'appuient sur l'utilisation d'électronique de puissance, contrôlées à l'aide de contrôleurs analogiques ou numériques.

La conception d’algorithmes de correction de facteur de puissance avec Simulink® vous permet de tirer le meilleur parti de la simulation multi-cadences pour concevoir et régler des algorithmes de contrôle. Vous pouvez adapter les formes d'ondes du courant d'entrée afin de contenir les pertes tout en améliorant la qualité de conversion de la puissance. Cette approche vous permet également de tester et vérifier les contrôleurs en présence de charges et de tensions d'entrée variables avant de déployer les algorithmes de contrôle sur le matériel.

Modèle Simulink de correction de facteur de puissance d’un convertisseur Boost.

Distorsion harmonique dans le courant de ligne (bleu) et après correction du facteur de puissance (jaune).

Avec Simulink, vous pouvez :

  • Créer des modèles précis d'alimentations à découpage, de moteurs AC et de bien d’autres charges de réseaux de distribution d’électricité
  • Effectuer une analyse harmonique pour déterminer le taux de distorsion harmonique à l'intérieur d’un circuit
  • Dimensionner les composants passifs de convertisseurs pour atteindre les spécifications définissant la qualité de signal à assurer (ripple, oscillations, etc…)
  • Concevoir des contrôleurs numériques pour ces convertisseurs d'énergie à l'aide de techniques de linéarisation et de calibration automatique de contrôleurs PID
  • Générer automatiquement du code C (ANSI, ISO ou optimisé pour un processeur particulier) ainsi que du code HDL pour effectuer le prototypage rapide ou bien l'implémentation finale de l’algorithmie de contrôle

10 façons d'accélérer la conception de contrôleurs d’électronique de puissance avec Simulink

Démarrez par des tâches basiques jusqu’à des opérations plus avancées en suivant des exemples et des tutoriels interactifs.

Obtenez gratuitement la version d'essai

Bénéficiez de 30 jours de découverte.