Circuits triphasés

Électrotechnique

Jusqu'à maintenant, nous avons étudié le transport et l'utilisation de l'énergie électrique dans les circuits à courant continu et dans les circuits à courant alternatif alimentés par une seule source. Comme ils ne contiennent qu'une source et deux lignes d'alimentation, ces circuits sont appelés circuits monophasés.

Cependant, l'énergie électrique est distribuée à la plupart des installations industrielles par un système triphasé, composé de trois lignes. Les tensions alternatives entre les lignes ont même valeur et même fréquence, mais elles sont déphasées l'une par rapport à l'autre. Pour une puissance donnée, une ligne de transport triphasée demande moins de cuivre (ou d'aluminium) qu'une ligne monophasée de même tension.

De plus, les moteurs et les alternateurs triphasés sont plus petits, plus simples et moins coûteux que les moteurs et les alternateurs monophasés de même capacité, de même tension et de même vitesse. On peut comprendre l'avantage du système triphasé en le comparant à un simple moteur à essence.

Un moteur ayant un seul cylindre peut être assimilé à une machine monophasée. De même, un moteur à deux cylindres peut se comparer à une machine électrique diphasée. Enfin, un moteur à six cylindres peut être considéré comme un moteur à six phases.

Dans un tel moteur, des pistons identiques montent et descendent à l'intérieur de cylindres identiques, mais pas en même temps. Ils sont en effet reliés à l'arbre de façon à lui fournir des impulsions de puissance séquentielles, plutôt que simultanées. Il en résulte un moteur qui tourne plus doucement, avec moins de vibrations.

De la même façon, dans un système électrique triphasé, les trois phases sont identiques, mais elles fournissent leur puissance à des moments différents. Par conséquent, le flux total de puissance est très uniforme.

De plus, comme les phases sont identiques, on peut en considérer une seule comme étant représentative des trois. Retenons, sans pousser plus loin l'analogie, qu'un système triphasé est composé essentiellement de trois systèmes monophasés fonctionnant en séquence.

Afin de faciliter l'analyse des circuits triphasés, nous étudierons tout d'abord les circuits diphasés, bien que ces derniers ne soient plus utilisés que dans des applications spéciales.

Alternateur diphasé

Au cours de l'étude de l'alternateur monophasé (section Tension induite dans un conducteur), nous avons vu qu'une tension alternative apparaît aux bornes d'un enroulement lorsqu'il est coupé par le flux magnétique d'un aimant tournant.

Considérons maintenant deux enroulements identiques montés sur un noyau d'acier et disposés en quadrature, c'est-à-dire décalés de 90° l'un par rapport à l'autre, (Fig. 26-1a).

Figure 26-1

a. Alternateur diphasé

b. Tensions alternatives générées par les enroulements A et B de l'alternateur;

c. Diagramme vectoriel des tensions

Leurs bornes sont respectivement identifiées par les symboles a,1 et b,2. Quand on fait tourner le rotor, des tensions E_a1 et E_b2 sont induites dans chacun des enroulements. Ces tensions ont évidemment même valeur et même fréquence; cependant, elles n'atteignent pas leur valeur maximale en même temps.

En effet, à l'instant où l'aimant occupe la position indiquée à la Fig. 26-la, la tension E_a1 passe par sa valeur maximale positive, tandis que la tension E_b2 est nulle.

Dès que le rotor a complété un quart de tour (ou 90°), la tension E_a1 devient nulle à son tour, tandis que la tension E_b2 atteint sa valeur maximale positive. Ces deux tensions sont donc déphasées de 90°. Elles sont représentées sous forme de courbes à la Fig. 26-1b, et vectoriellement à la Fig. 26-1c.

Chacune des tensions E_a1 et E_b2 est une tension monophasée possédant les mêmes propriétés que la tension alternative simple que nous avons déjà étudiée.

Sur la Fig. 26-2a, elles alimentent chacune un circuit distinct; le circuit raccordé aux bornes a,1 et celui raccordé aux bornes b,2 sont identifiés comme étant respectivement la phase A et la phase B. L'ensemble constitue un système à deux phases et l'alternateur est dit diphasé.

Figure 26-2 a. Alternateur diphasé en charge; b. Diagramme vectoriel des tensions et des courants

Si une charge résistive est branchée sur chacune des phases, les courants la et lb sont respectivement en phase avec les tensions E_a1 et E_b2  (Fig. 26-2b). Ces deux courants sont donc également déphasés de 90° dans le temps, c'est-à-dire que I_a atteint sa valeur maximale positive un quart de période avant I_b.

Alternateur triphasé