Systèmes d'alimentation triphasés

Effectivement, nous obtenons 120 volts sur chaque résistance de charge, avec (environ) 208 volts entre deux conducteurs "chauds" et des courants de conducteur égaux à 83,33 ampères. (Figure ci-dessous)

À ce courant et à cette tension, chaque charge dissipera 10 kW de puissance.

Notez que ce circuit n'a pas de conducteur "neutre" pour assurer une tension stable à toutes les charges en cas d'ouverture.

Ce que nous avons ici est une situation similaire à notre circuit d'alimentation à phase séparée sans conducteur «neutre» :si une charge échoue à l'ouverture, la chute de tension à travers la ou les charges restantes changera.

Pour assurer la stabilité de la tension de charge en cas d'une autre ouverture de charge, nous avons besoin d'un fil neutre pour connecter le nœud source et le nœud de charge ensemble :

Circuit SPICE annoté avec les résultats de la simulation :trois charges de 3 Φ phasées à 120°.

Tant que les charges restent équilibrées (résistance égale, courants égaux), le fil neutre n'aura pas du tout à transporter de courant. Il est là juste au cas où une ou plusieurs résistances de charge ne s'ouvriraient pas (ou seraient coupées via un sectionneur).

Circuit polyphasé

Ce circuit que nous avons analysé avec trois sources de tension s'appelle un polyphasé circuit. Le préfixe « poly » signifie simplement « plus d'un », comme dans « poly théisme" (croyance en plus d'une divinité), "poly gon" (une forme géométrique composée de plusieurs segments de ligne :par exemple, pentagone et hexagone ), et "poly atomique" (une substance composée de plusieurs types d'atomes).

Étant donné que les sources de tension sont toutes à des angles de phase différents (dans ce cas, trois angles de phase différents), il s'agit d'un « poly circuit "phase".

Plus précisément, il s'agit d'un circuit triphasé , le type utilisé principalement dans les grands systèmes de distribution d'électricité.

Système triphasé versus système monophasé

Système monophasé

Examinons les avantages d'un système d'alimentation triphasé par rapport à un système monophasé de tension de charge et de capacité de puissance équivalentes. Un système monophasé avec trois charges connectées directement en parallèle aurait un courant total très élevé (83,33 fois 3, ou 250 ampères. (Figure ci-dessous)

À titre de comparaison, trois charges de 10 Kw sur un système de 120 Vca consomment 250 A.

Cela nécessiterait un fil de cuivre de calibre 3/0 (très grand !), à environ 510 livres par mille pieds, et avec un prix considérable attaché. Si la distance entre la source et la charge était de 1000 pieds, nous aurions besoin de plus d'une demi-tonne de fil de cuivre pour faire le travail.

Système à phase divisée

D'un autre côté, nous pourrions construire un système à phase séparée avec deux charges de 15 kW, 120 volts. (Figure ci-dessous)

Le système à phase divisée consomme la moitié du courant de 125 A à 240 Vca par rapport au système à 120 Vca.

Notre courant est la moitié de ce qu'il était avec le circuit parallèle simple, ce qui est une grande amélioration.

Nous pourrions nous en tirer en utilisant du fil de cuivre de calibre 2 d'une masse totale d'environ 600 livres, soit environ 200 livres par mille pieds avec trois tronçons de 1000 pieds chacun entre la source et les charges. Cependant, nous devons également tenir compte du risque accru pour la sécurité d'avoir 240 volts présents dans le système, même si chaque charge ne reçoit que 120 volts.

Dans l'ensemble, le risque de choc électrique dangereux est plus élevé.

Système triphasé

Lorsque nous comparons ces deux exemples à notre système triphasé (figure ci-dessus), les avantages sont assez clairs.

Tout d'abord, les courants conducteurs sont un peu moindres (83,33 ampères contre 125 ou 250 ampères), ce qui permet d'utiliser des fils beaucoup plus fins et plus légers. Nous pouvons utiliser du fil de calibre 4 à environ 125 livres par mille pieds, ce qui totalisera 500 livres (quatre tronçons de 1000 pieds chacun) pour notre exemple de circuit.

Cela représente des économies importantes par rapport au système à phase séparée, avec l'avantage supplémentaire que la tension maximale dans le système est inférieure (208 contre 240).

Une question reste sans réponse :comment dans le monde obtient-on trois sources de tension alternative dont les angles de phase sont exactement à 120° l'un de l'autre ?

Évidemment, nous ne pouvons pas centrer un enroulement de transformateur ou d'alternateur comme nous l'avons fait dans le système à phase séparée, car cela ne peut nous donner que des formes d'onde de tension qui sont soit en phase, soit déphasées de 180°.

Peut-être pourrions-nous trouver un moyen d'utiliser des condensateurs et des inductances pour créer des déphasages de 120°, mais alors ces déphasages dépendraient également des angles de phase de nos impédances de charge (le remplacement d'une charge capacitive ou inductive par une charge résistive changerait tout !).

La meilleure façon d'obtenir les déphasages que nous recherchons est de le générer à la source :construisez le générateur CA (alternateur) fournissant la puissance de telle sorte que le champ magnétique tournant passe par trois ensembles d'enroulements de fil, chaque ensemble espacés de 120° autour de la circonférence de la machine comme dans la figure ci-dessous.

(a) Alternateur monophasé, (b) Alternateur triphasé.

Ensemble, les six enroulements « pôles » d'un alternateur triphasé sont connectés pour constituer trois paires d'enroulements, chaque paire produisant une tension alternative avec un angle de phase décalé de 120° par rapport à l'une des deux autres paires d'enroulements.

Les interconnexions entre les paires d'enroulements (comme indiqué pour l'alternateur monophasé :le fil de liaison entre les enroulements 1a et 1b) ont été omises du schéma de l'alternateur triphasé pour des raisons de simplicité.

Dans notre exemple de circuit, nous avons montré les trois sources de tension connectées ensemble dans une configuration « Y » (parfois appelée configuration « étoile »), avec un fil de chaque source lié à un point commun (le nœud où nous avons attaché le « neutre » chef d'orchestre).

La façon courante de représenter ce schéma de connexion est de dessiner les enroulements sous la forme d'un « Y » comme la figure ci-dessous.

Configuration de l'alternateur "Y".

La configuration en « Y » n'est pas la seule option qui s'offre à nous, mais c'est probablement la plus simple à comprendre au début. Plus à venir sur ce sujet plus loin dans le chapitre.

AVIS :

• Un monophasé le système d'alimentation est celui où il n'y a qu'une seule source de tension alternative (une forme d'onde de tension de source).
• Une phase divisée Le système d'alimentation est celui où il y a deux sources de tension, déphasées de 180° l'une par rapport à l'autre, alimentant deux charges connectées en série. L'avantage de ceci est la possibilité d'avoir des courants de conducteur inférieurs tout en maintenant de faibles tensions de charge pour des raisons de sécurité.
• Un polyphasé Le système d'alimentation utilise plusieurs sources de tension à différents angles de phase les unes des autres (de nombreuses « phases » de formes d'onde de tension au travail). Un système d'alimentation polyphasé peut fournir plus de puissance à moins de tension avec des conducteurs de plus petit calibre que les systèmes monophasés ou à phase divisée.
• Les sources de tension déphasées nécessaires pour un système d'alimentation polyphasé sont créées dans des alternateurs avec plusieurs ensembles d'enroulements de fil. Ces ensembles d'enroulement sont espacés autour de la circonférence de la rotation du rotor à l'angle ou aux angles souhaités.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur les systèmes d'alimentation polyphasés