Configurations triphasées Y et Delta

Connexion triphasée en étoile (Y)

Initialement, nous avons exploré l'idée de systèmes d'alimentation triphasés en connectant trois sources de tension ensemble dans ce qui est communément appelé la configuration « Y » (ou « étoile »).

Cette configuration de sources de tension est caractérisée par un point de connexion commun joignant un côté de chaque source. (Figure ci-dessous)

La connexion triphasée en « Y » a trois sources de tension connectées à un point commun.

Si nous dessinons un circuit montrant que chaque source de tension est une bobine de fil (enroulement d'alternateur ou de transformateur) et effectuons un léger réarrangement, la configuration "Y" devient plus évidente dans la figure ci-dessous.

La connexion en « Y » triphasée et à quatre fils utilise un quatrième fil « commun ».

Les trois conducteurs partant des sources de tension (enroulements) vers une charge sont généralement appelés lignes , tandis que les enroulements eux-mêmes sont généralement appelés phases .

Dans un système connecté en Y, il peut y avoir ou non (Figure ci-dessous) un fil neutre attaché au point de jonction au milieu, bien que cela aide certainement à atténuer les problèmes potentiels si un élément d'une charge triphasée s'ouvre, comme indiqué plus tôt.

La connexion en « Y » triphasée et à trois fils n'utilise pas le fil neutre.

Valeurs de tension et de courant dans les systèmes triphasés

Lorsque nous mesurons la tension et le courant dans les systèmes triphasés, nous devons être précis quant à où nous mesurons.

Tension de ligne fait référence à la quantité de tension mesurée entre deux conducteurs de ligne quelconques dans un système triphasé équilibré. Avec le circuit ci-dessus, la tension de ligne est d'environ 208 volts.

Tension de phase fait référence à la tension mesurée aux bornes d'un composant (enroulement de source ou impédance de charge) dans une source ou une charge triphasée équilibrée.

Pour le circuit illustré ci-dessus, la tension de phase est de 120 volts. Les termes ligne en cours et courant de phase suit la même logique :le premier fait référence au courant à travers un conducteur de ligne, et le second au courant à travers un composant.

Les sources et charges connectées en Y ont toujours des tensions de ligne supérieures aux tensions de phase et des courants de ligne égaux aux courants de phase. Si la source ou la charge connectée en Y est équilibrée, la tension de ligne sera égale à la tension de phase multipliée par la racine carrée de 3 :

Cependant, la configuration « Y » n'est pas la seule valable pour connecter des éléments de source de tension ou de charge triphasés entre eux.

Configuration delta triphasée (Δ)

Une autre configuration est connue sous le nom de « Delta », pour sa ressemblance géométrique avec la lettre grecque du même nom (Δ). Observez attentivement la polarité de chaque enroulement dans la figure ci-dessous.

La connexion triphasée à trois fils n'a pas de commun.

À première vue, il semble que trois sources de tension comme celle-ci créeraient un court-circuit, des électrons circulant autour du triangle avec rien d'autre que l'impédance interne des enroulements pour les retenir.

Cependant, en raison des angles de phase de ces trois sources de tension, ce n'est pas le cas.

Loi de tension de Kirchhoff dans les connexions delta

Une vérification rapide consiste à utiliser la loi de tension de Kirchhoff pour voir si les trois tensions autour de la boucle totalisent zéro. S'ils le font, alors il n'y aura pas de tension disponible pour pousser le courant autour et autour de cette boucle, et par conséquent, il n'y aura pas de courant circulant.

En commençant par l'enroulement supérieur et en progressant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, notre expression KVL ressemble à ceci :

En effet, si nous ajoutons ces trois quantités vectorielles ensemble, elles s'additionnent à zéro. Une autre façon de vérifier le fait que ces trois sources de tension peuvent être connectées ensemble dans une boucle sans entraîner de courants de circulation est d'ouvrir la boucle à un point de jonction et de calculer la tension aux bornes de la coupure :(figure ci-dessous)

La tension aux bornes ouvertes Δ doit être nulle.

En partant du bobinage droit (120 V 120°) et en progressant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, notre équation KVL ressemble à ceci :

Effectivement, il y aura une tension nulle à travers la coupure, nous indiquant qu'aucun courant ne circulera dans la boucle triangulaire des enroulements lorsque cette connexion sera établie.

Après avoir établi qu'une source de tension triphasée connectée en Δ ne se brûlera pas en raison des courants de circulation, nous nous tournons vers son utilisation pratique comme source d'alimentation dans les circuits triphasés.

Étant donné que chaque paire de conducteurs de ligne est connectée directement à travers un seul enroulement dans un circuit , la tension de ligne sera égale à la tension de phase.

Inversement, parce que chaque conducteur de ligne est attaché à un nœud entre deux enroulements, le courant de ligne sera la somme vectorielle des deux courants de phase de jonction.

Sans surprise, les équations résultantes pour une configuration sont les suivantes :

Analyse de circuit d'exemple de connexion delta

Voyons comment cela fonctionne dans un exemple de circuit :(Figure ci-dessous)

La charge sur la source Δ est câblée dans un .

Avec chaque résistance de charge recevant 120 volts de son enroulement de phase respectif à la source, le courant dans chaque phase de ce circuit sera de 83,33 ampères :

Avantages du système triphasé Delta

Ainsi, chaque courant de ligne dans ce système d'alimentation triphasé est égal à 144,34 ampères, ce qui est nettement plus que les courants de ligne dans le système connecté en Y que nous avons examiné plus tôt.

On peut se demander si nous n'avons pas perdu tous les avantages de l'alimentation triphasée ici, étant donné que nous avons des courants de conducteur tellement plus importants, nécessitant un fil plus épais et plus coûteux.

La réponse est non. Bien que ce circuit nécessite trois conducteurs en cuivre de calibre 1 (à 1000 pieds de distance entre la source et la charge, cela équivaut à un peu plus de 750 livres de cuivre pour l'ensemble du système), c'est toujours moins que les 1000+ livres de cuivre requis pour un système monophasé délivrant la même puissance (30 kW) à la même tension (120 volts conducteur à conducteur).

Un avantage distinct d'un système connecté en Δ est son absence de fil neutre. Avec un système connecté en Y, un fil neutre était nécessaire au cas où l'une des charges de phase tomberait en panne (ou serait éteinte), afin d'empêcher les tensions de phase à la charge de changer.

Ce n'est pas nécessaire (ni même possible !) dans un circuit connecté en .

Avec chaque élément de phase de charge directement connecté à travers un enroulement de phase de source respectif, la tension de phase sera constante quelles que soient les défaillances ouvertes dans les éléments de charge.

Le plus grand avantage de la source connectée en est peut-être sa tolérance aux pannes.

Il est possible que l'un des enroulements d'une source triphasée connectée en Δ s'ouvre en panne (figure ci-dessous) sans affecter la tension ou le courant de charge !

Même en cas de défaillance de l'enroulement source, la tension de ligne est toujours de 120 V et la tension de phase de charge est toujours de 120 V. La seule différence est le courant supplémentaire dans le reste fonctionnel bobinages source.

La seule conséquence d'une défaillance d'un enroulement de source pour une source connectée en est une augmentation du courant de phase dans les enroulements restants. Comparez cette tolérance aux pannes avec un système connecté en Y souffrant d'un enroulement open source dans la figure ci-dessous.

L'enroulement de source "Y" ouvert divise par deux la tension sur deux charges d'un connecté à la charge.

Avec une charge connectée en , deux des résistances subissent une tension réduite tandis que l'une reste à la tension de ligne d'origine, 208. Une charge connectée en Y subit un sort encore pire (Figure ci-dessous) avec la même défaillance d'enroulement dans une source connectée en Y .

L'enroulement open source d'un système « Y-Y » divise par deux la tension sur deux charges et perd une charge entièrement.

Dans ce cas, deux résistances de charge subissent une tension réduite tandis que la troisième perd complètement la tension d'alimentation ! Pour cette raison, les sources -connectées sont préférées pour la fiabilité.

Cependant, si des tensions doubles sont nécessaires (par exemple 120/208) ou préférées pour des courants de ligne inférieurs, les systèmes connectés en Y sont la configuration de choix.

AVIS :

• Les conducteurs connectés aux trois points d'une source ou d'une charge triphasée sont appelés lignes .
• Les trois composants constituant une source ou une charge triphasée sont appelés phases .
• Tension de ligne est la tension mesurée entre deux lignes quelconques d'un circuit triphasé.
• Tension de phase est la tension mesurée aux bornes d'un seul composant dans une source ou une charge triphasée.
• Ligne actuelle est le courant traversant une ligne quelconque entre une source triphasée et une charge.
• Courant de phase est le courant traversant un composant quelconque comprenant une source ou une charge triphasée.
• Dans les circuits "Y" équilibrés, la tension de ligne est égale à la tension de phase multipliée par la racine carrée de 3, tandis que le courant de ligne est égal au courant de phase.

• Dans les circuits équilibrés, la tension de ligne est égale à la tension de phase, tandis que le courant de ligne est égal au courant de phase multiplié par la racine carrée de 3.

• Les sources de tension triphasées connectées en Δ offrent une plus grande fiabilité en cas de défaillance de l'enroulement que les sources connectées en Y. Cependant, les sources connectées en Y peuvent fournir la même quantité d'énergie avec moins de courant de ligne que les sources connectées en .

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur les circuits triphasés delta et étoile