Comprendre l’électricité : tension, intensité, puissance et énergie
Tension, intensité, puissance, énergie, kWh, cos φ… Ces grandeurs électriques sont souvent confondues. Découvrez simplement à quoi elles correspondent, leurs unités et les principales formules qui permettent de les relier.
Les principales grandeurs électriques
Pour comprendre une installation électrique, il faut distinguer plusieurs grandeurs : la tension, l’intensité, la puissance et l’énergie. Chacune représente une caractéristique différente du fonctionnement électrique.
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Tension (U) : exprimée en volts (V)
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Intensité (I) : exprimée en ampères (A)
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Puissance active (P) : exprimée en watts (W)
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Énergie (E) : exprimée en wattheures (Wh) ou kilowattheures (kWh)
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Facteur de puissance : généralement représenté par le cos φ
Qu’est-ce que le courant alternatif ?
Le réseau électrique distribue du courant alternatif. Contrairement au courant continu, la tension varie périodiquement et change de sens.
En France et dans la plupart des pays européens, la fréquence du réseau électrique est de 50 Hz, soit 50 cycles complets par seconde.
Dans une installation classique :
230 V entre phase et neutre
400 V entre deux phases d’un réseau triphasé
DÉPHASAGE, COS PHI, OU FACTEUR DE PUISSANCE
En fonction de ce que l'on branche (la charge) il peut y avoir dans le cas d'un courant alternatif, un décalage entre la tension et l'intensité. C'est ce qu'on appelle le déphasage noté φ (ou ϕ)(phi)
Dans les installations électriques industrielles ou privées, la charge est généralement de nature résistive (chauffage, lampes à incandescence ...) avec une partie de nature inductive (moteurs, lampes fluorescentes, alimentations à découpage ...), ce qui signifie que le courant n'est plus en phase avec la tension, comme dans une résistance, mais en retard sur la tension. Le cosinus de l'angle de déphasage est appelé facteur de puissance.
EXEMPLE :
Cos phi d'un radiateur = 1
Cos phi d'un moteur a vide : 0.3
La tension électrique : le Volt (V)
La tension électrique représente la différence de potentiel électrique entre deux points d’un circuit. Elle se note généralement U et s’exprime en volts (V).
Pour se la représenter simplement, on peut comparer un circuit électrique à un circuit hydraulique :
La tension électrique est comparable à la pression de l’eau.
Plus la tension est élevée, plus l’énergie disponible pour déplacer les charges électriques est importante.
EXEMPLE:
Une pile : 1.5 V
La tension d'une prise : 230 V
L’intensité électrique : l’Ampère (A)
L’intensité électrique représente le courant qui circule dans un conducteur. Elle se note I et s’exprime en ampères (A).
Dans notre comparaison avec un circuit hydraulique :
L’intensité électrique est comparable au débit d’eau.
Plus un appareil demande de puissance, plus l’intensité qui circule dans les conducteurs peut être importante.
EXEMPLE :
Un appareil résistif d’une puissance de 2 300 W, alimenté sous 230 V, absorbe environ :
I = 2 300 / 230 = 10 A
PUISSANCE ACTIVE, RÉACTIVE OU APPARENTE
PUISSANCE ACTIVE
P=U x I x cos phi
L'unité est le watt (W)
Une charge résistive (Exemple : Résistance) va consommer de la puissance réactive.
PUISSANCE RÉACTIVE
Q=U x I x sin phi
L'unité est le Volt Ampère Réactif (VAR)
Une charge inductive (Exemple : Bobine) consommer de la puissance réactive dite inductive
Une charge capacitive (Exemple : condensateur) va consommer de la puissance réactive dite capacitive.
PUISSANCE APPARENTE
S=U x I
L'unité est le Volt Ampère (VA)
La puissance apparente se décompose en puissance active et réactive.
L’énergie électrique : le kWh
Le kilowatt-heure (kWh) est l’unité de mesure de l'énergie électrique.
En électricité, énergie = puissance x temps (E=P x t)
Si on compare l'électricité à de l'eau, la puissance électrique serait équivalente à la pression dans le tuyau (tension) multiplié par le débit d’eau (intensité).
1kWh(kilowatt-heure) = 1000Wh
EXEMPLE :
EDF me facture 16 centimes le kWh. Les kWh sont visibles sur le compteur électrique.
Comment mesurer ces grandeurs électriques ?
Un compteur électrique ne mesure pas uniquement l’énergie consommée.
Selon le modèle, il peut également mesurer :
la tension, l’intensité, la puissance active, la puissance réactive, la puissance apparente, le facteur de puissance, la fréquence ainsi que l’énergie consommée ou produite.
Ces informations peuvent ensuite être affichées localement ou transmises à un système de supervision afin de suivre précisément le fonctionnement et la consommation d’une installation électrique.
