La valeur efficace, ou RMS (root mean square), caractérise une tension ou un courant alternatif. Un courant efficace de 10 A chauffe une résistance autant qu'un courant continu constant de 10 A. Un instrument « True RMS » calcule cette valeur à partir de la forme d'onde réelle, sans supposer qu'il s'agit d'une sinusoïde.
Ce guide appartient à la série sur les fondamentaux de la puissance. Il explique quand cette distinction compte et pourquoi une mesure de courant efficace ne mesure ni la puissance ni l'énergie.
Calcul de la valeur efficace
Pour une forme d’onde échantillonnée, élevez chaque échantillon au carré, calculez la moyenne de ces carrés, puis prenez la racine carrée. Une sinusoïde sans composante continue a une moyenne nulle sur des périodes complètes, car ses alternances positives et négatives se compensent. Les carrés sont non négatifs : une forme d’onde non nulle a donc une valeur efficace positive.
Pour une sinusoïde pure, RMS = valeur de crête ÷ √2. Une sinusoïde dont la crête vaut 14,14 A a une valeur efficace de 10 A. Sur une alimentation de 230 V, la tension de crête est d'environ 325 V.
Instruments True RMS et instruments à réponse moyenne
Un instrument à réponse moyenne redresse le signal, mesure sa moyenne, puis multiplie le résultat par 1,11. Ce facteur n'est exact que pour une sinusoïde. Selon Fluke, sur des formes d'onde déformées, l'erreur peut atteindre 40 % par défaut ou 10 % par excès.
Un instrument True RMS calcule directement la valeur efficace. Il donne donc la bonne valeur pour les deux formes d'onde ci-dessous :
Le courant impulsionnel est courant dans les équipements à entrée redresseuse : alimentations à découpage, variateurs de vitesse, systèmes UPS et pilotes de LED. Le redresseur n'absorbe du courant que près de la crête de tension : le courant prend donc la forme d'impulsions brèves et élevées. Dans cet exemple, la crête vaut 2,4 fois la valeur efficace. Une pince ampèremétrique à réponse moyenne indique environ 6,3 A sur ce circuit, alors que le câble transporte 10 A.
Facteur de crête
Le facteur de crête est la valeur de crête divisée par la valeur efficace :
| Forme d'onde | Facteur de crête |
|---|---|
| Sinusoïde | 1,414 |
| Courant d'une charge linéaire (moteur, chauffage) sur une alimentation peu perturbée | Proche de 1,414 |
| Courant d'une entrée redresseuse (équipements informatiques, variateurs, pilotes de LED) | Souvent de 2 à 3 |
Un facteur de crête élevé indique un courant déformé. Les harmoniques contribuent au courant efficace et échauffent les câbles, les transformateurs et les conducteurs neutres. Dans un circuit triphasé à quatre fils alimentant de nombreuses charges électroniques monophasées, les courants harmoniques de rang trois des trois phases s'additionnent dans le neutre. Mesurez le courant du neutre sur ces tableaux. L'évolution de la forme d'onde du courant d'une machine peut également signaler tôt un défaut ; le guide de surveillance de l'état des équipements explique ce que les données électriques peuvent révéler. Le calculateur THD et TDD calcule ces indicateurs à partir des amplitudes harmoniques.
Le courant efficace n'est pas une puissance en kW
La tension efficace multipliée par le courant efficace donne la puissance apparente en voltampères (VA). La puissance active en watts (W) est la moyenne du produit instantané de la tension et du courant. Ces deux puissances sont égales à un facteur de puissance de 1 : le courant est proportionnel à la tension sur toute la forme d’onde. Cela inclut une charge purement résistive même lorsque les deux formes d’onde sont déformées.
Prenons deux charges monophasées. Chacune absorbe 10 A efficaces sous 230 V efficaces et présente donc une puissance apparente de 2,3 kVA :
| Charge | Facteur de puissance | Puissance active | Énergie en 8 heures |
|---|---|---|---|
| Courant en phase avec la tension | 1,00 | 2,30 kW | 18,4 kWh |
| Courant en retard de 60° sur la tension | 0,50 | 1,15 kW | 9,2 kWh |
Les deux charges ont le même courant efficace, mais l’une consomme deux fois plus d’énergie que l’autre en huit heures. Un capteur qui ne mesure que le courant ne peut pas montrer cette différence. Le guide du facteur de puissance explique ce rapport ; le guide kW et kWh explique le passage de la puissance à l'énergie.
Préciser la mesure requise
Demandez la grandeur nécessaire au projet et la preuve que l'instrument la mesure :
| Besoin | Élément à demander |
|---|---|
| Tendance du courant ou état de marche | Courant efficace vrai et plage de courant du capteur |
| Puissance active et énergie (kW, kWh) | Référence de tension sur chaque phase, chaque courant étant associé à la tension de sa propre phase |
| Circuits alimentant des charges électroniques | Bande passante et limite de facteur de crête du compteur et de ses capteurs de courant |
| Totaux triphasés | Modes de raccordement pris en charge (trois ou quatre fils) |
| Comparaison avec un autre système | Même grandeur, mêmes unités, même période de moyenne et mêmes horodatages |
Le capteur de courant doit être compatible avec l'entrée du compteur. Un transformateur de courant à sortie courant, un transformateur à sortie tension et une bobine de Rogowski ne sont pas interchangeables. Le guide de choix des transformateurs de courant explique cette sélection.
Si deux mesures ne concordent pas
Une pince ampèremétrique et un système de surveillance peuvent afficher des valeurs différentes pour de bonnes raisons. Vérifiez, dans cet ordre :
- La grandeur. Courant efficace, puissance active et puissance apparente sont des grandeurs distinctes.
- Le moment de mesure. Une pince actualise généralement son affichage plusieurs fois par seconde ; un système de surveillance fournit souvent une moyenne sur une minute ou plus. Relevez les deux valeurs au même instant, avec une charge stable.
- Le type d'instrument. Une pince à réponse moyenne sous-estime un courant déformé.
- Les limites. Vérifiez la plage, la bande passante et le facteur de crête maximal de chaque appareil.
Si l'écart persiste, consignez les modèles des deux instruments, leurs réglages, les valeurs brutes et le circuit. Seules des personnes qualifiées peuvent ouvrir les tableaux électriques ou installer des instruments de référence, en respectant la procédure de sécurité du site.
Mesure True RMS avec un ZEM
Le moniteur électrique ZEM échantillonne la tension et le courant de chaque phase. Il fournit la tension efficace, le courant efficace, le facteur de puissance, les kWh et les kVAh pour chaque circuit triphasé. Ses capteurs de courant sont étalonnés avec le compteur : la précision de classe 0.5S s'applique donc à l'ensemble compteur et capteurs. Les mesures passent par le réseau maillé Zigbee jusqu'à un Gateway, où Edge les stocke. Le guide de la puissance triphasée explique comment le compteur additionne les puissances des phases.
Questions fréquentes
Que signifie True RMS ?
Un instrument True RMS calcule la valeur efficace de la forme d’onde mesurée : il élève les échantillons au carré, calcule leur moyenne, puis prend sa racine carrée. Le résultat est valable pour les sinusoïdes comme pour les formes d’onde déformées, dans les limites de bande passante et de facteur de crête de l’instrument.
Ai-je besoin d’un appareil True RMS ?
Oui, pour les circuits alimentant des charges électroniques : variateurs de vitesse, redresseurs, systèmes UPS, éclairage LED et équipements informatiques. Sur ces circuits, un instrument à réponse moyenne peut sous-estimer le courant de plusieurs dizaines de pour cent.
Le courant efficace est-il une mesure de puissance ?
Non. La tension efficace multipliée par le courant efficace donne la puissance apparente en VA. La puissance active en W dépend aussi du facteur de puissance : deux circuits avec le même courant efficace peuvent donc consommer des quantités d’énergie très différentes.
Qu’est-ce que le facteur de crête ?
C’est la valeur de crête divisée par la valeur efficace. Une sinusoïde a un facteur de crête de 1,414. Le courant impulsionnel à l’entrée d’un redresseur peut avoir un facteur de 2 à 3. La précision annoncée d’un instrument ne s’applique que jusqu’à son facteur de crête maximal.