TP 3 : montage étoile (Durée :3h)

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1 TP 3 : montage étoile (Durée :3h) TP 3 : Montage étoile I. But du TP Étudier les montages équilibrés et déséquilibrés en étoile, mettre en évidence l importance du neutre dans un montage en étoile. I.1. Montage quatre fils(trois phases et un neutre). I.1.a. Montage équilibré (trois récepteurs identiques) On branche entre chaque phase et neutre une bobine et une lampe 40 W en parallèle : 1 I 1 I N I 3 V I 3 N Figure 1 Figure :Schéma général Image 1:Schéma général 1. Relever les valeurs des intensités dans les phases (I 1, I, I 3 ). 1

2 Figure 3 :Mesure de I 3 Image : Mesure de I 3. Relever les valeurs des intensités dans les trois lampes (J L1, J L, J L ) Attention à la place des fils rouge et bleu!! Figure 4 :Mesure de Image 3:Mesure de 3. Relever le courant dans les trois bobines(1,, 3 ) Figure 5 :Mesure de Image 4:Mesure de 4. Relever le courant dans le neutre I N

3 Figure 8 :Mesure de U 31 Image 7:Mesure de U 31 TP 3 : Montage étoile Figure 6 :Mesure de I N Image 5:Mesure de I N 5. Mesurer les tensions simples, V, (tension entre une phase et le neutre) Figure 7 :Mesure de Image 6:Mesure de 6. Relever les tensions composées U 1, U 3, U 31 (tensions entre phases). 7. A l'aide de la pince wattmétrique mesurer la puissance active de chaque phase P 1, P, P 3, les facteurs de puissance de chaque phase cosφ 1, cosφ, cosφ 3 ainsi que les puissances réactives Q 1, Q, Q 3 3

4 Figure 9 : P 1, P, P 3 Image 8: P 1, P, P 3 8. Relever la puissance active P Total le cosφ Total, ainsi que la puissance réactive Q Totale Bouton 3Φ!! Figure 10 :Mesure directe de P Total,cosΦ Total, et de Q Total Image 9:Mesure directe de P Total,cosΦ Total, et de Q Total 9. Vérifier que P Total =P 1 +P +P 3. En déduire le cosφ de chaque phase puis celui du montage. 10. Mesurer P bobine,q Bobine,Cosobine. Figure 11 :Mesure de P Bobine, Q Bobine,Cosobine. Image 10 :Mesure de P Bobine, Q Bobine,Cosobine. 11. Vérifiez en traçant le diagramme des intensités que I = JLampe + JBobine 4

5 J obine B I 3 Φ I Φ Φ I 1 Diagramme 1 I.1.b. Relèvement du facteur de puissance 1. On veut amener la TanΦ à une valeur inférieure à 0,4 ce qui correspond à un CosΦ supérieur à 0,93.Calculer la valeur des trois capacités C λ à placer en étoile.on rappelle que QC = P Total. ( TanΦFinale TanΦ Initiale ) = 3.V.C λ ω 1 I 1 J C1 J B I N J C J B J B JC3 I 3 V I 3 N Figure 1: Capacités en étoile. Brancher en étoile ces capacités. 5

6 Figure 13:Capacités connectées en étoile Image 11:Capacités connectées en étoile Remarque : Connecter des capacités en étoile reviens à les connecter entre phases et neutre. 3. Relever les nouvelles intensités I dans les lignes et J C dans les capacités. Vérifier par une mesure la valeur de la nouvelle TanΦ Finale. Bouton 3Φ!! Figure 14:Mesure de J C3 Figure 15:Mesure de P Totale,CosΦ,I' 3 4. Faire le diagramme de Fresnel des intensités et vérifier graphiquement la nouvelle TanΦ Finale. Rappel :Les courants J C sont en avance de 90 par rapports aux tensions simples V et I = J + J + J Lampe Bobine Capacité 6

7 J C I 3 Φ Finale Φ Finale I Φ Finale I 1 J C J C V Diagramme : Capacités en étoile 5. Refaire les calculs et la manipulation pour des condensateurs en triangle. 1 I 1 J C1 J B J C31 I N J B J B I 3 V I 3 J C3 N Figure 16:Capacités en triangle 7

8 Figure 17:Capacité connectées en triangle Image 1:Capacité connectées en triangle Bouton 3Φ!! Figure 18: Mesure de J C31 Figure 19: Mesure de P Totale,CosΦ,I' 3 Remarque : Connecter des capacités en triangle reviens à les connecter entre phases. C On rappelle que QC = P Total. ( TanΦFinale TanΦ Initiale ) = 3.U.C ω ou que C = λ 3 6. Faire le diagramme de Fresnel des intensités (dans les récepteurs et dans les lignes). Rappel : En triangle, les courants J C sont en avance de 90 par rapports aux tensions composées U elles mêmes en avance de 30 par rapport aux tensions simples V (cf Diagramme 3 : Capacités en triangle) I1 = J lampe1 + J Bobine1 + J C1 J C31 I = J lampe + J Bobine + J C3 J C1 I3 = J lampe3 + J Bobine3 + J C31 J C3 8

9 -J C3 J C31 U 31 I 3 U 1 J C1 J C31 30 Φ Finale 30 Φ Finale I 30 Φ Finale I 1 J C1 -J C1 J C3 V J C3 -J C31 U 3 Diagramme 3 : Capacités en triangle I.1.c. Montage déséquilibré (trois récepteurs différents) 1. Connectez : Entre phase 1 et neutre : une lampe 40 W et bobines en parallèle. Entre phase et neutre : une lampe 40 W et une bobine en parallèle. Entre phase 3 et neutre : une lampe 40 W et une lampe 60 W en parallèle. 1 I 1. I N I 60 3 V I 3 N Figure 0 9

10 connecté Image 13 :Schéma du montage Figure 1 :Schéma du montage. Relever la valeur des intensités et des tensions simples,v,. connecté Figure :Mesure de Image 14:Mesure de 3. Mesurer les courants I 1,I,I 3 10

11 connecté Figure 3 :Mesure de I 3 Image 15:Mesure de I 3 4. Mesurer le courant dans le neutre connecté Figure 4: Mesure de I N Image 16 : Mesure de I N 5. Mesurer la valeur du courant 60W dans la lampe de 60 W connecté Figure 5:Mesurer la valeur du courant 60W Image 17 : Mesurer la valeur du courant 60W 11

12 6. A l'aide de la pince wattmétrique mesurer la puissance active de chaque phase P 1, P, P 3, les facteurs de puissance de chaque phase cosφ 1, cosφ, cosφ 3 ainsi que les puissances réactives Q 1, Q, Q 3 connecté Figure 6:Mesure de P 3 Image 18 : Mesure de P 1 7. Tracer le diagramme des intensités : Tracer les trois tensions, V, simples déphasées de 10. Tracer les courants I 1, I, I 3 déphasés des angles correspondants par rapport aux tensions simples. Retrouver le courant neutre In en faisant la somme des trois courants I 1, I, I 3. I 3 en phase avec I 3 I n =I 1 +I +I 3 I Φ 1 Φ I N I 1 Diagramme 4 8. Vérifiez (Voir Diagramme 5) que : Dans la phase 1 : I 1 = +. Dans la phase : I = + Dans la phase 3 : I 3 = + 60W V 1

13 I 3 60W Φ Φ 1 I I 1 V Diagramme 5 On veut relever à 1 le facteur de puissance (cos Φ Final ) des phases 1 et. 9. Calculer la valeur des capacités C 1 à connecter entre phase 1 et le neutre ainsi que C à connecter entre phase et le neutre. On raisonnera en monophasé sur ces deux phases. 1 I 1 J C1 J B.J B J B C 1 C I N J C I 60 3 V I 3 N Figure 7 Q = P. TanΦ TanΦ = V.Cω avec ici TanΦ Finale =0 car On rappelle que ( ) Cos Φ Final =1. C Finale Initiale 13

14 C connecté C 1 Figure 8 Image Mesurer J C1 ainsi que J C. C connecté C 1 Figure 9 Image Mesurer CosΦ 1, CosΦ,P 1,P,Q 1,Q, I 1,I.Vérifiez que CosΦ 1 CosΦ 1 et que Q 1 Q 0. C connecté C 1 Image 1 : Mesure CosΦ 1,P 1,Q 1, I 1. Figure 30 : Mesure CosΦ 1,P 1,Q 1, I 1. 14

15 1. Tracer le diagramme des nouvelles intensités, retrouver un déphasage nul entre les courants et les tensions simples ainsi que les valeurs de I 1 et I mesurées précédemment. Rappel :Les courants J C sont en avance de 90 par rapports aux tensions simples V et I = J + J + J Lampe Bobine Capacité I 3 60W I Φ =0 Φ 1 =0 I 1 J C1 J C V Diagramme 6 I.. Montage trois fils avec trois récepteurs différents 1. Débrancher le fil neutre du montage précédent : 1 I 1. Neutre déconnecté Point commun Neutre I 60 3 V I 3 N Figure 31 15

16 non connecté. Image : Neutre non connecté Figure 3 : Neutre non connecté. Relever les nouvelles valeurs des intensités I 1,I,I 3 ainsi que des tensions,v,, et V N entre le des récepteurs et le neutre. Conclusion. non connecté. Image 3: Mesure de V N Figure 33: Mesure de V N 3. Faire le diagramme : Tracer un triangle équilatéral de 400V de côté (tensions entre phases). Trouver le centre d inertie de ce triangle. En joignant chaque sommet avec ce centre on obtient les tensions V =30V caractéristiques d un système équilibré. Tracer à partir de chaque sommet du triangle un cercle ayant un rayon égal à chaque tension V du système déséquilibré. Ces trois cercles doivent se croiser en même point. En mesurant la distance entre ce point de concordance des cercles et le centre d inertie du triangle on obtient la tension Vn mesurée entre le des récepteurs et le neutre. 16

17 U V U V Vn V Diagramme 7 U 4. Conclusion : On constate que si le neutre est coupé accidentellement (lors de travaux par exemple), le déséquilibre ne peut plus être écoulé sous forme de courant dans le neutre et le déséquilibre se reporte sur les tensions. Chaque récepteur est alors alimenté sous une tension différente de celle pour laquelle son fonctionnement a été prévu. Il y a alors risque de destruction du matériel. 17

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