Le triphasé. Pourquoi? Présentation

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1 Pourquoi? Au niveau de la production : La conception des machines électriques (transformateurs, alternateurs) se fait avec des enroulements triphasés qui présentent le meilleur rendement "poids - puissance" : un alternateur triphasé a une puissance supérieure de 50 % à celle d'un alternateur monophasé de même volume et de même prix. Les transformateurs ont un fonctionnement optimal pour des tensions alternatives sinusoïdales Au niveau de la distribution : La même énergie est transportée avec 3 fils, alors qu'il en faudrait 6 identiques en monophasé. Au niveau de l utilisation : Le démarrage des moteurs triphasés se fait naturellement avec des tensions triphasées contrairement aux moteurs monophasés. Présentation Un circuit triphasé élémentaire est constitué d'un générateur (réseau de distribution de l'énergie) et d'un récepteur. Le schéma est indiqué ci-dessous : L'énergie est véhiculée par les trois conducteurs de phase, d'où l'appellation "triphasé". Le conducteur de neutre est en général au potentiel 0V et peut ne pas être utilisé. Le Triphasé (V1.0).odt le 20/09/12 Page 1/7

2 Courants et tensions Le circuit présenté plus haut permet de définir 6 tensions et 4 courants (schéma ci-dessous) : v 1, v 2 et v 3 sont les tensions simples (entre phase et neutre). Tensions composées (entre deux phases) : u 12 = v 1 v 2 u 23 = v 2 v 3 u 31 = v 3 - v 1 i 1, i 2 et i 3 sont les courants de ligne. On a la relation : i 1 + i 2 + i 3 = i N Si le système est équilibré, le courant de neutre i N est nul. La figure ci-dessous représente le chronogramme relatif aux tensions simples u 1, u 2 et u 3 : Le Triphasé (V1.0).odt le 20/09/12 Page 2/7

3 L'observation du chronogramme donne les propriétés suivantes : Les tensions v 1, v 2 et v 3 (entre phase et neutre) sont sinusoïdales, de valeur efficace V = V max 2 = 325 =230V et de fréquence 50Hz. 2 La tension v 2 est en retard de 1/3 de période soit 2 π rad -120 par 3 rapport à v 1. On a le même retard entre v 3 et v 2 et entre v 1 et v 3 ce qui donne les expressions : v 1 (t)=v 2 sin (ωt) v 2 (t )=V 2 sin(ω t 2 π 3 ) v 3 (t)=v 2 sin(ωt 4π 3 ) Les tensions u 12, u 23 et u 31 (entre phases) sont sinusoïdales, de valeur efficace U =V 3=230 3=400V et de fréquence 50Hz. Le Triphasé (V1.0).odt le 20/09/12 Page 3/7

4 Puissance moyenne et puissance apparente La puissance moyenne P en (W) absorbée par un récepteur triphasé est égale à la somme des puissances absorbée par chaque phase : P=P 1 +P 2 +P 3 =3 V I cosϕ=3 U 3 I cosϕ Ce qui donne la relation générale : P= 3 U I cos ϕ On a la même relation pour la puissance apparente S en (VA) : S= 3 U I Branchements d'un récepteur Étudions deux exemples pour décrire les deux branchements possibles en triphasé. Exemple 1 : Considérons un récepteur triphasé composé de trois phases (dipôles). Chaque phase fonctionne sous une tension U = 400V. Le réseau est de type 230V / 400V soit V=230V et U=400V. Le branchement du récepteur sera de type triangle car la tension d'une phase du récepteur doit être la tension entre phases du générateur. Couplage triangle On démontre que : I =J 3 Exemple 2 : Considérons un récepteur triphasé composé de trois phases (dipôles). Chaque phase fonctionne sous une tension V = 230V. Le réseau est de type 230V / 400V soit V=230V et U=400V. Le branchement du récepteur sera de type étoile car la tension d'une phase du récepteur doit être la tension entre phase et neutre du générateur. Couplage étoile On a démontré que : U =V 3 Le Triphasé (V1.0).odt le 20/09/12 Page 4/7

5 Exercice : Four électrique industriel Puissance du four : 90 kw. Distance entre le four et le transformateur HT/BT de l atelier : 100 mètres. Remarque : Le conducteur PE ( fil de terre ) n est pas étudié dans l exercice. 1 er cas : Four monophasé 90 kw, 230 V La ligne comprend 2 fils (phase et neutre). 1. Calculez l'intensité dans la ligne : 2. D après le tableau annexé, montrez que le câble doit être en cuivre. Quelle doit être sa section? 3. Quelle est la résistance de la ligne? 4. Calculez les pertes Joule dans la ligne : 5. Calculez la tension au secondaire du transformateur pour que le four soit alimenté sous 230 V : Le Triphasé (V1.0).odt le 20/09/12 Page 5/7

6 2 ème cas : Four triphasé 90 kw, 400 V Le four comprend trois résistances identiques couplées en triangle. Le montage triphasé étant équilibré, la ligne comprend trois fils (les trois phases, il n y a pas de fil neutre). 6. Calculez l'intensité dans la ligne : 7. Donnez la section du câble de cuivre nécessaire 8. Quelle est la résistance de la ligne? 9. Calculez les pertes Joule dans la ligne : 10. Calculez la tension au secondaire du transformateur pour que le four soit alimenté sous 400 V : Conclusion : 11. Quelle est la solution la plus intéressante pour le transport de l'énergie électrique? Le Triphasé (V1.0).odt le 20/09/12 Page 6/7

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