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Facteur de puissance d'un circuit

Posté par
hdiallo
27-04-22 à 06:24

Bonjour tout le monde, veuillez m'assister svp
Problème
Un dipôle D1(R1,L) et un dipôle D2(R2,C) sont en série. On applique aux bornes de l'ensemble une tension sinusoïdale de valeur efficace U=12V et de fréquence N=50Hz. On mesure l'intensité efficace affichée par un ampèremètre de résistance nulle, on trouve I=0,5A. Le facteur de puissance du premier est cos30⁰, celui du second est cos60⁰. Le facteur de puissance de l'ensemble est cos30⁰.
1) Calculer R1, R2, L et C.
2) On désire porter le facteur de puissance de l'association à 1. Faut-il pour cela :
a) associer en série D1 et D2 avec une inductance pure ?
b) associer en série D1 et D2 avec un condensateur ?
Calculer la valeur de cette inductance ou la capacité de ce condensateur.

Posté par
hdiallo
re : Facteur de puissance d'un circuit 27-04-22 à 07:27

1) Valeurs de R1, R2, L et C
Designons par :
cos1 le facteur de puissance de D1 ;
cos2 le facteur de puissance de D2 ;
cos le facteur de puissance de l'ensemble.
D'après l'énoncé :
• cos1=cos, alors tan1=tan
Soit \frac{L\omega}{R_1}=\frac{L\omega-\frac{1}{C\omega}}{R_1+R_2}
Ce qui conduit à  R_1=\sqrt{3}}L\omega (relation 1)
• Aux bornes de l'ensemble : cos30° = \frac{R_1+R_2}{Z}
Or Z = U/I = 12/0,5 = 24
Alors \frac{\sqr3}{2}}=\frac{R_1+R_2}{24}
J'obtiens R_1+R_2=12\sqr3  (relation 2)
• Aux bornes de D2 : cos2 = R2/Z2 ½=R2/Z2 Z2=2R2
Donc \sqrt{R²_2+(\frac{1}{C\omega})²}}=2R_2
J'obtiens  \frac{1}{C\omega}=R_2\sqr3 (relation 3)
• Toujours aux bornes de l'ensemble :
Z=\sqrt{(R_1+R_2)²+(L\omega-\frac{1}{C\omega})²}}
Or Z=24 et R1+R2=123
J'obtiens L\omega-\frac{1}{C\omega}=12  (relation 4)

Maintenant,  quand je combine ces 4 relations,
je trouve

R2=0 (ce qui me paraît illogique)
R1=123  
Aidez-moi svp

Posté par
vanoise
re : Facteur de puissance d'un circuit 27-04-22 à 10:56

Bonjour
As-tu réalisé le diagramme de Fresnel correspondant à la situation ? Tu devrais constater que nécessairement :

\frac{1}{C.\omega}>L.\omega
1=30°
2=-60°
= -30°

Il y a de bonnes choses dans ce que tu as écrit mais aussi plusieurs signes à corriger.

Posté par
hdiallo
re : Facteur de puissance d'un circuit 27-04-22 à 18:12

D'accord
• Aux bornes de D1, on a :
cos30⁰ = R1/Z1
Or Z_1=\sqr{R_1²+(L\omega)²}}
En remplaçant Z1 par son expression, J'obtiens :
R_1=L\omega\sqr3  (relation 1)
• Aux bornes de D2, on a :
cos(-60⁰) = R2/Z2
En remplaçant cos(-60⁰)=½ et Z par \sqr{R_2²+(\frac{1}{C\omega})²}} J'obtiens :
\frac{1}{C\omega}=R_2\sqr3  (relation 2)
•Aux bornes de l'ensemble, on a :
cos(-30°)=\frac{\sqr3}{2}=\frac{R_1+R_2}{Z}

Or Z =U/I = 12/0,5 = 24
En remplaçant Z par sa valeur, J'obtiens

R_1+R_2=12\sqr3 (relation 3)

D'autre part tan(-30°)=\frac{\frac{1}{C\omega}-L\omega}{R_1+R_2}

Or R_1+R_2=12\sqr3
Alors J'obtiens :

\frac{1}{C\omega}-L\omega=12  (relation 4)

En combinant ces 4 relations, je trouve
R_1=R_2=6\sqr3

De la relation 1, je tire : L=\frac{R_1}{\omega\sqr3}=0,019H L = 19 mH
De la relation 2, je tire C et je trouve
C = 176,8 F

Posté par
hdiallo
re : Facteur de puissance d'un circuit 27-04-22 à 18:23

Si c'est bon, maintenant la question 2)
a) Non
b) Oui, car les condensateur permettent de relever le facteur de puissance d'une  installation.
c) Calculons la capacité C0 de ce condensateur :
Si facteur de puissance est égal à 1, alors =0⁰ et R1+R2=Z, le circuit est à la résonance.
Dans ce cas particulier LC0² = 1
Je tire C0 et je trouve : C0=633 F

Posté par
vanoise
re : Facteur de puissance d'un circuit 27-04-22 à 19:08

D'accord avec ton message du 27-04-22 à 18:12.

Citation :
b) Oui, car les condensateurs permettent de relever le facteur de puissance d'une  installation.

C'est le cas le plus fréquent dans les installations industrielles qui contiennent de nombreux moteurs munies de bobines de sorte que :

L\omega>\frac{1}{C\omega}.
Mais ici, tu es dans une situation moins fréquente telle que :

L\omega<\frac{1}{C\omega} avec <0.
Faire un diagramme de Fresnel permet de mieux comprendre.

Posté par
hdiallo
re : Facteur de puissance d'un circuit 27-04-22 à 20:13

D'accord, mais est-ce mes réponses finales concernant la 1ère question sont correctes ?

Posté par
vanoise
re : Facteur de puissance d'un circuit 27-04-22 à 23:24

Désolé si mon message précédent ne t'a pas paru suffisamment clair.
Oui, tes réponses à la question 1 sont correctes mais il te faut revoir la question 2 en tenant compte de mon message précédent.

Posté par
hdiallo
re : Facteur de puissance d'un circuit 28-04-22 à 16:43

D'accord, voici mon diagramme de Fresnel à la question 1)
Je ne sais pas s'il est bon, ou si je dois faire dans deux diagrammes distincts D1 et D[sub][/sub].

Facteur de puissance d\'un circuit

Posté par
hdiallo
re : Facteur de puissance d'un circuit 28-04-22 à 17:02

Ah si je comprend bien ce diagramme, pour porter le facteur de puissance de l'association à 1, il faudra pour ce cas particulier associer en série avec D1 et D2 une inductance pure.
À supposer qu'on a branché un condensateur, le décalage entre u(t) aux bornes de l'ensemble et i(t) va s'agrandir davantage, c'est-à-dire le vecteur de Fresnel \vec U s'éloignera de i(t) vers le bas.
Mais si l'on branche une self-pure cela permettra de réduire l'angle jusqu'à l'annuler.

Posté par
hdiallo
re : Facteur de puissance d'un circuit 28-04-22 à 17:35

Ci-dessous le nouveau diagramme de Fresnel où le vecteur en rouge représente le vecteur de Fresnel aux bornes de la self-pure qui porte le facteur de puissance à 1.

Facteur de puissance d\'un circuit

Posté par
hdiallo
re : Facteur de puissance d'un circuit 28-04-22 à 17:52

Maintenant pour calculer la valeur de L0, je considère le triangle rectangle ADC et je pose :

sin30°=\frac{L_0\omega I}{U}\Rightarrow L_0=\frac{Usin30°}{\omega I}=\frac{Zsin30°}{\omega}=\frac{24*0,5}{100\pi}

Soit L038 mH

Posté par
vanoise
re : Facteur de puissance d'un circuit 28-04-22 à 19:24

Tes diagrammes de Fresnel semblent indiquer que maintenant tu as bien compris.D'accord aussi avec ta valeur de Lo.
Juste une remarque : personnellement, j'arrondis tous les résultats demandés à 3 chiffres significatifs tout en gardant en mémoire les valeurs données par la calculatrice pour éviter que les arrondis successifs ne conduisent à des erreurs significatives. Cela me donne :
R1=R2=10,4
L=19,1mH
C=177µF
Lo=38,2mH.

Posté par
hdiallo
re : Facteur de puissance d'un circuit 28-04-22 à 20:11

Vanoise, merci bien !



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