Rotation des phases
Alternateur triphasé
Prenons la conception de l'alternateur triphasé présentée plus tôt et regardons ce qui se passe lorsque l'aimant tourne.
Alternateur triphasé
Le déphasage de 120° est fonction du déphasage réel de l'angle de rotation des trois paires d'enroulements.
Si l'aimant tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, l'enroulement 3 générera son pic de tension instantanée exactement 120° (de rotation de l'arbre de l'alternateur) après l'enroulement 2, qui atteindra son pic à 120° après l'enroulement 1. L'aimant passe par chaque paire de pôles à différentes positions dans le mouvement de rotation de l'arbre.
L'endroit où nous décidons de placer les enroulements dictera la quantité de déphasage entre les formes d'onde de tension alternative des enroulements.
Si nous faisons de l'enroulement 1 notre source de tension "de référence" pour l'angle de phase (0°), alors l'enroulement 2 aura un angle de phase de -120° (120° en retard, ou 240° en avance) et l'enroulement 3 un angle de -240° (ou 120° d'avance).
Séquence de phases
Cette séquence de déphasages a un ordre défini. Pour la rotation dans le sens horaire de l'arbre, l'ordre est 1-2-3 (enroulement 1 pic d'abord, eux enroulement 2, puis enroulement 3). Cet ordre se répète tant que nous continuons à faire tourner l'arbre de l'alternateur.
Séquence des phases de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre :1-2-3.
Cependant, si nous inversons la rotation de l'arbre de l'alternateur (le tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre), l'aimant passera par les paires de pôles dans l'ordre inverse. Au lieu de 1-2-3, nous aurons 3-2-1. Maintenant, la forme d'onde de l'enroulement 2 sera principale 120° en avance sur 1 au lieu d'être en retard, et 3 sera encore 120° en avance sur 2. (Figure ci-dessous)
Séquence de phase de rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre :3-2-1.
L'ordre des séquences de formes d'onde de tension dans un système polyphasé est appelé rotation de phase ou séquence de phases . Si nous utilisons une source de tension polyphasée pour alimenter des charges résistives, la rotation de phase ne fera aucune différence. Que ce soit 1-2-3 ou 3-2-1, les amplitudes de tension et de courant seront toutes les mêmes.
Comme nous le verrons bientôt, certaines applications de l'alimentation triphasée dépendent du fait que la rotation des phases soit dans un sens ou dans l'autre.
Détecteurs de séquence de phases
Étant donné que les voltmètres et les ampèremètres seraient inutiles pour nous dire quelle est la rotation de phase d'un système d'alimentation en fonctionnement, nous avons besoin d'un autre type d'instrument capable de faire le travail.
Une conception de circuit ingénieuse utilise un condensateur pour introduire un déphasage entre la tension et le courant, qui est ensuite utilisé pour détecter la séquence à titre de comparaison entre la luminosité de deux voyants de la figure ci-dessous.
Le détecteur de séquence de phases compare la luminosité de deux lampes.
Les deux lampes ont une résistance de filament et une puissance égales. Le condensateur est dimensionné pour avoir approximativement la même quantité de réactance à la fréquence du système que la résistance de chaque lampe.
Si le condensateur devait être remplacé par une résistance de valeur égale à la résistance des lampes, les deux lampes brilleraient à luminosité égale, le circuit est équilibré. Cependant, le condensateur introduit un déphasage entre la tension et le courant dans la troisième branche du circuit égal à 90°.
Ce déphasage, supérieur à 0° mais inférieur à 120°, fausse les valeurs de tension et de courant aux bornes des deux lampes en fonction de leurs déphasages par rapport à la phase 3.
Analyse SPICE pour les détecteurs de séquence de phases
L'analyse SPICE suivante, « détecteur de rotation de phase—séquence = v1-v2-v3 », montre ce qui va se passer :(Figure ci-dessous)
Circuit SPICE pour détecteur de séquence de phases.
Le déphasage résultant du condensateur fait chuter la tension aux bornes de la lampe de phase 1 (entre les nœuds 1 et 4) à 48,1 volts et la tension aux bornes de la lampe de phase 2 (entre les nœuds 2 et 4) à 179,5 volts, faisant de la première lampe faible et la deuxième lampe lumineuse.
C'est tout le contraire qui se produira si la séquence de phases est inversée :« détecteur de rotation de phase—séquence =v3-v2-v1 »
Ici, ("détecteur de rotation de phase—séquence =v3-v2-v1"), la première lampe reçoit 179,5 volts tandis que la seconde ne reçoit que 48,1 volts.
Nous avons étudié comment la rotation de phase est produite (l'ordre dans lequel les paires de pôles sont passées par l'aimant rotatif de l'alternateur) et comment elle peut être modifiée en inversant la rotation de l'arbre de l'alternateur.
Cependant, l'inversion de la rotation de l'arbre de l'alternateur n'est généralement pas une option ouverte à un utilisateur final de l'énergie électrique fournie par un réseau national (« l'alternateur étant en fait le total combiné de tous les alternateurs de toutes les centrales électriques alimentant le réseau).
Échange de fils chauds
Il y a beaucoup moyen plus simple d'inverser l'ordre des phases que d'inverser la rotation de l'alternateur :il suffit d'échanger deux des trois fils « chauds » allant à une charge triphasée.
Cette astuce a plus de sens si nous jetons un autre regard sur une séquence de phases en cours d'exécution d'une source de tension triphasée :
Ce qui est communément désigné comme une rotation de phase « 1-2-3 » pourrait tout aussi bien être appelé « 2-3-1 » ou « 3-1-2 », allant de gauche à droite dans la chaîne numérique ci-dessus ? De même, la rotation opposée (3-2-1) pourrait tout aussi bien être appelée "2-1-3" ou "1-3-2".
En commençant par une rotation de phase de 3-2-1, nous pouvons essayer toutes les possibilités d'échanger deux des fils à la fois et voir ce qui arrive à la séquence résultante dans la figure ci-dessous.
Toutes les possibilités d'échanger deux fils.
Quelle que soit la paire de fils "chauds" parmi les trois que nous choisissons d'échanger, la rotation de phase finit par être inversée (1-2-3 est changé en 2-1-3, 1-3-2 ou 3-2- 1, tous équivalents).
AVIS :
- Rotation des phases , ou séquence de phases , est l'ordre dans lequel les formes d'onde de tension d'une source alternative polyphasée atteignent leurs pics respectifs. Pour un système triphasé, il n'y a que deux séquences de phases possibles :1-2-3 et 3-2-1, correspondant aux deux sens de rotation possibles de l'alternateur.
- La rotation de phase n'a aucun impact sur les charges résistives, mais elle aura un impact sur les charges réactives déséquilibrées, comme le montre le fonctionnement d'un circuit détecteur de rotation de phase.
- La rotation des phases peut être inversée en intervertissant deux des trois fils « chauds » fournissant une alimentation triphasée à une charge triphasée.
FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :
- Fiche de travail sur les systèmes d'alimentation polyphasés
Technologie industrielle