Courant alternatif triphasé
De nos jours, c'est le système de courant alternatif triphasé le plus répandu dans le monde.
Un circuit électrique triphasé est appelé un système composé de trois circuits dans lesquels fonctionnent des courants alternatifs, EMF de même fréquence, déphasés entre eux de 1/3 de la période (φ=2π/ 3). Chaque circuit individuel d'un tel système est brièvement appelé sa phase, et le système de trois courants alternatifs déphasés dans de tels circuits est simplement appelé courant triphasé.
Presque tous les générateurs installés dans nos centrales sont des générateurs de courant triphasé... Essentiellement, chacun de ces générateurs est une connexion dans une machine électrique de trois alternateurs, conçue de telle manière que l'induit en eux CEM décalés l'un par rapport à l'autre d'un tiers de la période comme le montre la fig. 1.
Riz. 1. Graphiques de la dépendance temporelle de la FEM induite dans les enroulements d'induit d'un générateur de courant triphasé
La mise en œuvre d'un tel générateur est facile à comprendre à partir du circuit de la fig. 2.
Riz. 2. Trois paires de fils indépendants connectés à trois armatures d'un générateur de courant triphasé alimentent le réseau d'éclairage
Il existe trois armatures indépendantes situées sur le stator d'une machine électrique et décalées d'1/3 de cercle (120O). Une inductance commune à toutes les armatures tourne au centre de la machine électrique représentée sur le schéma sous la forme aimant permanent.
Dans chaque bobine une FEM alternative est induite même fréquence, mais les moments où ces emfs passent par zéro (ou par maximum) dans chacune des bobines seront décalés d'1/3 de période l'un par rapport à l'autre car l'inductance traverse chaque bobine 1/3 de période plus tard de la précédente.
Chaque enroulement d'un générateur triphasé est un générateur de courant indépendant et une source d'énergie électrique. En connectant les fils aux extrémités de chacun comme indiqué sur la fig. 2, on obtiendrait trois circuits indépendants, dont chacun pourrait alimenter certains récepteurs électriques, par exemple lampes électriques.
Dans ce cas, pour transférer toute l'énergie absorbée récepteurs électriques, six fils seront nécessaires. Cependant, il est possible de connecter les enroulements d'un générateur de courant triphasé de manière à ce qu'ils gèrent quatre, voire trois fils, c'est-à-dire qu'ils économisent considérablement le câblage.
La première de ces voies est appelée une connexion en étoile (Fig. 3).
Riz. 3. Système de câblage à quatre fils lors de la connexion d'un générateur triphasé avec une étoile. Les charges (groupes de lampes électriques I, II, III) sont alimentées avec des tensions de phase.
Nous appellerons les bornes des bobines 1, 2, 3 le début, et les bornes 1', 2', 3' les extrémités des phases respectives.
La connexion des étoiles est que nous connectons les extrémités de tous les enroulements à un point du générateur, appelé point zéro ou neutre, et nous connectons le générateur aux récepteurs d'électricité avec quatre fils: trois fils dits linéaires fils provenant du début des enroulements 1, 2, 3 et fil neutre ou neutre partant du point zéro du générateur. Ce système de câblage est appelé à quatre fils.
Les tensions entre le point zéro et l'origine de chaque phase sont appelées tensions de phase, et les tensions entre l'origine des enroulements, c'est-à-dire les points 1 et 2, 2 et 3, 3 et 1, sont appelées ligne... Phase les tensions signifient généralement U1, U2, U3, ou sous la forme générale Uf et la tension de ligne — U12, U23, U31, ou sous la forme générale Ul.
Entre amplitudes ou valeurs moyennes tension de phase et de ligne lors de la connexion des enroulements du générateur avec une étoile, il existe un rapport Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue
Ainsi, par exemple, si la tension de phase du générateur est Uf = 220 V, alors lors de la connexion des enroulements du générateur en étoile, la tension de ligne Ul - 380 V.
Dans le cas d'une charge uniforme des trois phases du générateur, c'est-à-dire avec des courants approximativement égaux dans chacune d'elles, le courant dans le fil neutre est nul... Par conséquent, dans ce cas, vous pouvez retirer le fil neutre et passer à un système à trois fils encore plus économique. Dans ce cas, toutes les charges sont connectées entre les paires correspondantes de conducteurs de ligne.
Dans une charge déséquilibrée, le courant dans le conducteur neutre n'est pas nul, mais en général il est inférieur au courant dans les conducteurs de ligne. Par conséquent, le fil neutre peut être plus fin que le fil de ligne.
Lors du fonctionnement en courant alternatif triphasé, ils s'efforcent de rendre la charge sur les différentes phases aussi égale que possible.C'est pourquoi, par exemple, lors de l'aménagement du réseau d'éclairage d'une grande maison avec un système à quatre fils, un fil neutre et l'un des fils linéaires sont introduits dans chaque appartement de manière à ce qu'en moyenne chaque phase ait approximativement la même charger.
Une autre façon de connecter les enroulements du générateur, qui permet également un câblage à trois fils, est la connexion en triangle illustrée à la fig. 4.
Riz. 4. Schéma de connexion des enroulements d'un générateur triphasé avec un triangle
Ici, la fin de chaque bobine est connectée au début de la suivante, de sorte qu'elles forment un triangle fermé, et les fils de ligne sont connectés aux sommets de ce triangle - points 1, 2 et 3. Lorsqu'il est connecté à un triangle, la tension de ligne du générateur est égale à sa tension de phase : Ul = Ue.
Par conséquent, la commutation des enroulements du générateur d'étoile en triangle entraîne une diminution de la tension du réseau en √3 ≈ 1,73 fois... La connexion en triangle n'est également autorisée qu'avec la même ou presque la même charge de phase. Sinon, le courant dans la boucle fermée des enroulements sera trop fort, ce qui est dangereux pour le générateur.
Lors de l'utilisation de courant triphasé, des récepteurs séparés (charges) alimentés par des paires de fils séparées peuvent également être connectés soit en étoile, c'est-à-dire de sorte qu'une extrémité d'entre eux soit connectée à un point commun et que les trois autres extrémités libres soient connecté aux fils de ligne du réseau ou avec un triangle, c'est-à-dire de sorte que toutes les charges soient connectées en série et forment un circuit commun, aux points 1, 2, 3 dont les fils linéaires du réseau sont connectés.
En figue. 5 montre la connexion en étoile des charges avec un système de câblage à trois fils, et sur la fig.6 - avec un système de câblage à quatre fils (dans ce cas, le point commun de toutes les charges est connecté au fil neutre).
En figue. 7 montre un schéma de connexion de charge en triangle pour un système de câblage à trois fils.
Riz. 5. Connexion en étoile des charges avec système de câblage à trois fils
Riz. 6. Connexion en étoile des charges avec système de câblage à quatre fils
Riz. 7. Connexion en triangle des charges avec un système de câblage à trois fils
En pratique, il est important de considérer les points suivants. Lorsque les charges sont connectées en triangle, chaque charge est sous tension de ligne, et lorsqu'elle est connectée en étoile, sous tension √ 3 fois moins. Pour le cas d'un système à quatre fils, cela ressort clairement de la fig. 6. Mais c'est la même chose avec un système à trois fils (Fig. 5).
Entre chaque paire de tensions de ligne, on connecte ici en série deux charges dont les courants sont déphasés de 2π/ 3. La tension dans chaque charge est égale à la tension réseau correspondante divisée par √3.
Ainsi, lors de la commutation de charges d'étoile en triangle, les tensions à chaque charge, et donc le courant dans celle-ci, augmentent de √3 ≈ 1,73 fois. Si, par exemple, la tension de ligne d'un réseau à trois fils est de 380 V, alors lorsqu'il est connecté en étoile (fig. 5), la tension de chacune des charges sera égale à 220 V, et lorsqu'il est connecté à un triangle (fig. 7) elle sera égale à 380 V.
Les informations d'un manuel de physique édité par G.S. Landsberg ont été utilisées dans la préparation de l'article.