Puissances actives et réactives

Equilibrage des puissances actives et réactives.
Notions de puissance - Rappels
On rappelle que la puissance active est la puissance consommée pour fournir un travail.
Dissipation d'énergie calorifique dans une résistance de four par exemple ou création d'une
énergie mécanique sur l'arbre de sortie d'un moteur.
La puissance réactive est une puissance "virtuelle", elle ne sert pas à la dissipation d'une
énergie fournissant un travail.
Elle n'est à prendre en compte que dans les circuits réactifs, c'est à dire ceux où la tension et
le courant présentent un déphasage.
C'est par exemple l'énergie absorbée par l'inducteur d'un moteur chargé de créer le champ
magnétique tournant.
La source d'énergie fournissant l'électricité à l'ensemble fournit une puissance apparente,
combinaison vectorielle des puissances actives et réactives car, si la puissance
réactive est virtuelle pour la charge (elle ne se transforme pas,ni en énergie calorifique, ni en
énergie mécanique suceptible de fournir un travail), elle est quand même transportée par les
fils d'alimentation de la charge où elle entraine des pertes par effet joules.
Pour essayer de saisir cette notion d'énergie réactive consommée mais non dissipée sous
forme de travail, imaginez votre coude posé sur la table et votre main tenant un stylo.
Vous levez le stylo.
Votre corps fournit une énergie musculaire afin de lever votre bras et le stylo, énergie
dépendant du poids des éléments en mouvement.
Cette énergie musculaire est une consommation de sucre dans vos réserves énergétiques.
Même si vous reposez votre bras, cette énergie a fourni un travail et le bras revenu au
repos, elle n'est pas restituée au corps, elle est perdue à tout jamais.
C'est de la puissance active, elle a créé un travail.
Bras levé, le stylo est maintenant en l'air.
Pour le lever on a fourni de la puissance mais le stylo maintenant en l'air possède une
énergie potentielle et si on le lâche, il tombe convertissant cette énergie potentielle en
énergie cinétique.
Revenu sur la table, il n'a fourni aucun travail.
Cela vous donne t-il une idée de la puissance réactive ?
Equilibrage
Les pages 178 à 187 présentent la variation des puissances actives et réactives dans un
circuit.
La conclusion est à connaître par cœur, à savoir que l'on joue sur la puissance active en
faisant varier la puissance mécanique d'entrainement de l'alternateur (le sucre consommé
par vos muscles).
Cette puissance est P = C.ω
On ne peut pas toucher à ω = 2π.n ( n vitesse de rotation de l'alternateur) car on veut une
fréquence constante (donc une vitesse d'entrainement de l'alternateur constante).
On va donc faire varier le couple C sur l'arbre d'entrainement de l'alternateur.
C'est le rôle du CSD.
La puissance réactive est controlée en jouant sur le régulateur de tension.
Nécessité d'équilibrer ces puissances dans le cas des alternateurs couplés.
Les pages 201 à 212 expliquent comment faire.
Ces explications très mathématiques si elles sont importantes pour des ingénieurs (on
retrouve ce cours sur le site de l'école d'électricité de Marseille destiné à des gens chargés de
travailler sur une centrale hydroélectrique) sont sans doute un peu rébarbatives pour de
simples utilisateurs des systèmes (les pilotes).
Ainsi restons simples (voir simplistes) et utilisons encore une image, sportive, car c'est
bien connu, les pilotes sont de grands sportifs….!
Prenons deux cyclistes (deux alternateurs) roulant cote à cote.
L'un est sur un rapport grand plateau petit pignon.
Il pédale lentement en développant un couple important et comme P = C.ω en fournissant
une grosse puissance musculaire (puissance active).
L'autre cycliste est sur un rapport petit plateau et grand pignon.
Il roule à la vitesse de son compagnon mais en moulinant à grande vitesse.
Pour le premier, les jambes risquent de le lacher quand son tonus va baisser.
Pour le second, il risque l'essoufflement rapidement même si les jambes tiennent.
Si maintenat on couple par une barre les deux vélos, et que chacun conserve son rapport
initial, le premier va fournir toute l'énergie d'entrainement au couple de vélos et le second va
se faire trainer.
Le travail fournit ne sera pas le même pour les deux, or couplage veut dire fourniture d'un
même travail par les deux éléments du couple.
Il faut donc trouver le rapport adéquat entre puissance active et réactive (le souffle et les
jambes en choisisant par exemple grand plateau, pignon moyen) et que chacun soit sur le
même rapport (même puissance active et réactive).
C'est le rôle des boucles d'équilibrage puissance active et réactive (page 201 à 212).
La boucle puissance active va jouer sur le couple d'entrainement du CSD en pilotant
l'inclinaison du plateau du système hydraulique (voir schéma page 316 et principe page
317).
La boucle puissance réactive va par le détecteur d'erreur du régulateur de tension (schéma
page 212) jouer sur le courant d'exitation des alternateurs (texte page 210 et 211).
En conclusion pendant les examens faite du vélo, cela vide la tête et permet de sentir
physiquement des notions parfois bien abstraites.