Configurations triphasées Y et Delta : conception, analyse et fiabilité

Connexion triphasée Y (étoile)

Les systèmes de puissance triphasés peuvent être construits en reliant trois sources de tension en un point commun — la classique configuration Y (ou étoile).

Cette disposition place une extrémité de chaque source sur un nœud partagé, tandis que les autres extrémités rayonnent vers la charge. (Figure ci-dessous)

Connexion triphasée Y : trois sources de tension partageant un point commun.

Visualiser chaque source de tension comme une bobine (alternateur ou enroulement de transformateur) rend la disposition Y incontestable (voir figure).

Connexion Y à quatre fils : un neutre (commun) quatrième conducteur relie les trois enroulements.

Les conducteurs qui transportent le courant des enroulements vers la charge sont appelés lignes, tandis que les enroulements eux-mêmes sont les phases.

Un fil neutre peut ou ne peut pas être présent à la jonction. Lorsqu'il est inclus (Figure ci-dessous), il fournit un chemin qui protège contre les défauts de circuit ouvert dans une phase.

Connexion Y à trois fils : aucun fil neutre n'est utilisé.

Valeurs de tension et courant dans les systèmes triphasés

Lors de mesures dans un système triphasé, il est crucial de spécifier le point de référence.

• Tension de ligne — la tension entre deux conducteurs de ligne quelconques. Dans le circuit ci-dessus, la tension de ligne est d'environ 208 V.
• Tension de phase — la tension aux bornes d'un seul composant (enroulement source ou charge). Pour le même circuit, la tension de phase est 120 V.
• Courant de ligne — courant traversant un conducteur de ligne unique.
• Courant de phase — courant à travers un composant unique.

Dans une configuration Y équilibrée, la tension de ligne égale la tension de phase multipliée par √3, tandis que le courant de ligne égale le courant de phase :

Configuration triphasée Delta (Δ)

La disposition Delta, nommée pour sa géométrie triangulaire, relie les trois sources de tension bout-à-bout sans neutre commun. (Figure ci-dessous)

Connexion triphasée Δ : aucun neutre commun.

À première vue, connecter trois sources en boucle pourrait sembler créer un court-circuit, mais les angles de phase empêchent tout courant circulant.

Loi des mailles de Kirchhoff dans les connexions Delta

Une vérification KVL rapide confirme que les trois tensions vectorielles s'additionnent à zéro, signifiant qu'aucune force motrice nette n'existe autour de la boucle.

Par exemple, en partant de l'enroulement supérieur et en se déplaçant dans le sens anti-horaire :

Alternativement, ouvrez la boucle à une jonction et vérifiez que la tension à travers l'ouverture est nulle :

Tension à travers un Δ ouvert est nulle — aucun courant circulant.

Lorsque la source Δ-connectée est complète, la tension de ligne égale la tension de phase, tandis que le courant de ligne devient la somme vectorielle de deux courants de phase. Par conséquent :

Analyse d'exemple de circuit Delta

Considérez la source Δ-chargée suivante (Figure ci-dessous). Chaque résistance de charge reçoit 120 V de son enroulement source respectif, produisant un courant de phase de 83,33 A.

La charge sur la source Δ est câblée en Δ.

Ainsi, chaque courant de ligne égale 144,34 A, notablement plus élevé que dans le cas Y-connecté, tout en restant efficace pour délivrer les mêmes 30 kW à 120 V conducteur-à-conducteur.

Avantages du système triphasé Delta

• Les systèmes Delta éliminent le besoin d'un fil neutre, simplifiant le faisceau de câbles et réduisant les coûts matériels.
• Ils offrent une tolérance aux pannes supérieure : si un enroulement tombe en circuit ouvert, les enroulements restants maintiennent les tensions de ligne et de charge, n'augmentant que légèrement les courants de phase.
• Les courants de ligne plus élevés du Delta nécessitent des conducteurs plus épais, mais le poids total de cuivre reste inférieur à un système monophasé comparable.
• Les systèmes Y sont préférés lorsque des tensions doubles (ex: 120/208 V) ou des courants de ligne plus faibles sont requis.

En cas de défaillance d'un enroulement source, la configuration Δ maintient la tension de charge complète. Pour les sources Y-connectées, la défaillance peut diviser par deux la tension sur deux charges et supprimer la troisième entièrement.

Source Δ : enroulement ouvert laisse la tension de ligne à 120 V et la tension de phase inchangée.

Source Y : enroulement ouvert divise par deux la tension sur deux charges et retire l'alimentation de la troisième.

Récapitulatif

• Les lignes sont les conducteurs reliant les trois points d'une source ou charge.
• Les phases sont les composants individuels (enroulements ou impédances) qui composent le système.
• Tension de ligne = tension entre deux lignes quelconques.
• Tension de phase = tension aux bornes d'un composant unique.
• Courant de ligne = courant à travers une ligne ; courant de phase = courant à travers un composant.
• Y équilibré : tension de ligne = √3 × tension de phase ; courant de ligne = courant de phase.
• Δ équilibré : tension de ligne = tension de phase ; courant de ligne = √3 × courant de phase.
• Les sources Δ offrent une plus grande fiabilité en cas de défaillance d'enroulement, mais les sources Y réduisent le courant de ligne pour la même puissance de sortie.

Fiches d'exercices associées

• Fiche d'exercices sur les circuits 3‑Phase Delta et Wye