Courant hexaphasé

Ce type de réseau n'est pas utilisé dans la distribution d'électricité aux particuliers, mais uniquement en utilisation locale. Il permet un redressement du courant plus stable et une charge du réseau plus équilibrée. Il est utilisé dans les puissances très élevées et est obtenu à partir du courant triphasé normal par l'utilisation d'un transfo spécial qui produit les phases manquantes.

A droite l'installation pour produire du continu utilisé dans les trams. Il se compose de deux transfos dont le secondaire est connecté soit en étoile, soit en triangle. Les 6 phases sont alors envoyées à un redresseur. L'ondulation résiduelle du courant continu est moindre (le facteur de crête est meilleur).

Il n'est pas nécessaire d'utiliser deux transfos, on peut en utiliser un seul avec deux fois trois bobinages dont les rapports de transformation sont adaptés pour obtenir une tension composée identique. Ce transformateur à gauche produit de l'hexaphasé à partir du triphasé.

Du coté continu, on peut mettre les sorties en parallèle (ci-dessus) ou en série (ci-dessous) puisque les bobinages sont isolés.

Le courant hexaphasé est parfois utilisé dans la distribution haute puissance, car il autorise un meilleur équilibrage du courant dans les cables et donc un meilleur rendement. Si le transport nécessite 6 cables de par la puissance à transporter, autant le faire sous forme hexaphasée. Un transformateur est de toute façon nécessaire pour augmenter la tension (et limiter les pertes): donc autant utiliser un transfo hexaphasé (à de telles puissances, on utilise 6 transfos monophasés).

Avec les cables aériens, on peut transmettre plus de puissance en hexaphasé (6 conducteurs) qu'en triphasé (deux fois 3 conducteurs). La tension composée est plus faible, on peut donc utiliser une tension plus élevée avec les mêmes cables et poteaux sans risquer un flashover (décharge électrique entre deux conducteurs). La différence de phase entre les cables successifs d'un réseau hexaphasé étant plus faible, la tension entre les phases successives est également plus faible.

Applications à courant continu

Dans les deux exemples ci-dessus le courant hexaphasé est redressé par un circuit à 12 diodes. On utilise souvent le terme de pont à 12 impulsions (il y une ondulation avec 12 pics par période).

On emploie le terme générique de pont à 12 impulsions (ou à 18 impulsions, voir plus loin) car on n'utilise pas nécessairement des diodes dans le circuit: on peut utiliser des thyristors ou des transistors haute tension (IBGT) s'il faut un fonctionnement dans les deux sens (transfert de puissance du réseau alternatif vers le réseau continu et inversément).

Dans un pont de redressement, il y a chaque fois une diode en conduction dns la branche positive et la branche négative. Il y a alternativement un saut de diode dans la branche positive et négative. Une diode doit donc résister au courant de pointe (quand elle est en conduction), mais le courant moyen est de 1/6 ou 1/9 du courant en pointe (pour calculer la dissipation dans une diode).

Il est également possible d'utiliser un redresseur à 18 diodes avec un transfo à 3 sorties séprées (le déphasage est alors de 20° au lieu de 30°). Ce type de redresseur est utilisé pour les très grandes puissances.

La sortie du transfo du milieu (indiquée 2) a un branchement étoile simple (on aurait aussi pu utiliser un branchement triangle, mais le passage de triangle à étoile ou inverse permet de réduire les harmoniques sur la ligne).

La sortie du haut (indiquée 1) a

• une phase qui se compose d'1/3 de la "phase rouge" et de 2/3 de la "phase verte"

• une phase qui se compose d'1/3 de la "phase verte" et de 2/3 de la "phase bleue" et

• une phase qui se compose d'1/3 de la "phase bleue" et de 2/3 de la "phase rouge"

Les sorties 1 et 3 sont de type "zig-zag"; on retrouve des transformateurs à sortie zig-zag principalement comme dernier transformateur dans la distribution, pour réduire l'effet d'une charge inégale sur les trois phases.

On ne va normalement pas plus loin que 18 diodes, car le gain qu'on peut avoir (ondulation résiduelle et harmoniques réduites sur le réseau primaire) ne compense plus la complexité croissante de l'installation.

Le "phase shifting transformer" de l'image précédente est en fait un transformateur avec beaucoup de bobinages (et encore, je n'ai pas tout dessiné pour ne pas alourdir le dessin!).

Nous avons d'abord les trois bobinages du ▄▄▄ primaire, connecté en triangle, ce sont les trois bobinages du haut.

Nous avons 3 sorties totalement indépendantes:

1. ▄▄▄ D'abord nous avons les trois bobinages secondaires qui correspondent aux bobinages "2" du schéma ci-dessus: ce sont les bobinages reliés en étoile (avec le neutre non-connecté). C'est un branchement classique en étoile. La sortie est déphasée de 60° par rapport au primaire.

2. ▄▄▄ Puis nous avons la sortie "3" où chaque sortie se compose d'1/3 d'un bobinage et de 2/3 de l'autre bobinage. Le couplage est ici aussi étoile sans utilisation du neutre. La sortie est déphasée de 40° par rapport au primaire.

3. ▄▄▄ La sortie "1" n'a pas été dessinée complètement (bobinage et cablage), je n'ai que dessiné un petit schéma qui permet de mieux voir le branchement: chaque sortie de l'étoile a 1/3 d'un bobinage et 2/3 d'un autre bobinage, couplage en étoile sans neutre. La sortie est déphasée de 20° par rapport au primaire.

   La sortie "1" a en fait le même type de branchement que la sortie "3" (bobinages de 1/3 et de 2/3), mais branchés différemment.

En pratique le transformateur ne sera pas construit tel quel avec les bobinages l'un à coté de l'autre (axialement), mais avec les bobinages sur deux couches (radialement), avec par exemple le primaire en dessous et les nombreux secondaires sur la seconde couche. Pour les puissances élevées on utilisera trois ou neuf transformateurs monophasés.

L'avantage des transformateurs monophasés pour les puissances élevées, c'est que le poids unitaire est plus faible, mais aussi qu'un seul transfo supplémentaire (du même type) suffit à rendre le système plus fiabnle: en cas d'entretien ou de panne d'un transfo monophasé, on dispose d'un transfo en réserve. Avec un transfo triphasé, il faut un second transfo ,triphasé pour obtenir le même niveau de fiabilité.

Pour le transport d'électricité sur de longues distances (voir réseau de transport) on utilise des thyristors ou des IGBT qui permettent d'envoyer le courant dans les deux sens (du réseau alternatif au réseau continu et inversément). On utilise ici des transformateurs triphasés (adaptés pour absorber les harmoniques lors de la commutation). La transformation du continu en alternatif se fait par une commutation rapide et modulation de la largeur d'impulsion ou par un fonctionnement sur plusieurs niveaux (convertisseur multi-niveaux)

Variateurs de fréquence

• Pour les puissances "normales" (jusqu'à environ une centaine de kW) on utilise un redresseur triphasé double alternance classique.

• Pour les puissances plus élevées, et surtout si plusieurs variateurs de fréquence doivent alimenter différents moteurs, on utilise un transfo à double sorties qui fournit de l'hexaphasé suivi d'un redresseur à 12 diodes. Le courant continu est alors envoyé aux différents variateurs. Les entreprises qui ont besoin de courant hexaphasé sont généralement de très gros consommateurs qui ont leur propre cabine de transformation moyenne tension. L'installation d'un transformateur adapté ne forme qu'un léger surcout.

• Pour les très grosses puissances (émetteurs de très forte puissance), on utilise un transformateur à triple sorties qui nous fournit du nonophasé (non, pas du monophasé) avec redresseur 18 diodes.

Les transformateurs à 9 ou 12 sorties (ne pas confondre avec les transformateurs à déphasage) ont comme inconvénient des pertes au cuivre un peu plus élevées, puisque les sorties qui utilisent deux bobinages nécessitent un cablage plus long et produisent donc un peu plus de pertes.

Le redressement de l'alternatif et l'ondulation résiduelle a été déplacé sur une nouvelle page. Avec l'orthographe inclusive, on écrit maintenant déplacé.e.