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Le courant triphasé
Triphasé
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Le courant triphasé a de nombreuses utilisations. A l'origine il a été développé pour faire fonctionner de gros moteurs.
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Le courant triphasé

A l'origine, nous avons le courant continu fourni par des piles (et maintenant des panneaux solaires). La plupart des appareils utilisent du courant continu: ordinateurs, appareils radio,... mais aussi certains processus industriels (électrolyse et galvanoplastie). Certains appareils fonctionnent aussi bien sur du continu que sur de l'alternatif (comme des lampes à filament).

Mais le courant continu a un inconvénient de taille: il ne peut pas être transformé aisément. La distribution de l'électricité se fait avec une tension très élevée tandis que les utilisateurs demandent une tension plus basse moins dangereuse. Mais un transformateur ne fonctionne qu'avec du courant alternatif.

Le courant alternatif (monophasé) a aussi ses inconvénients: il passe à zéro deux fois par alternance. La puissance passe donc également par zéro et cela produit une pulsation du couple sur l'alternateur qui produit l'électricité. Au fil du temps, l'axe de l'alternateur peut ainsi se fissurer.

De plus il n'est pas vraiment idéal pour les moteurs: il faut un circuit spécial pour lancer le moteur et le transfert de puissance se fait également par à-coup: le couple moteur contient également une pulsation. On appellait le courant monophasé courant-lumière à l'époque pour le différencier du courant "pour moteurs" (les seuls appareils électriques étaient des moteurs et des lampes).


Avec du triphasé, l'énergie fournie est constante pendant toute la période.


Un générateur et un consommateur triphasé ont besoin de la moitié des cables pour le transport d'une même quantité d'énergie.


Le neutre permet le branchement d'appareils monophasés


Chaque bobinage produit 230V, l'angle fait 120° (un tiers de 360°).
Combient fait le coté?


La réponse

On a alors développé le courant triphasé qui n'a plus ces inconvénients. Aussi étrange que cela puisse paraitre, la puissance transmise est parfaitement constante pendant toute l'alternance. En effet, quand une phase augmente, les deux autres phases diminuent et le courant ne devient jamais nul, ce qui est le cas avec le monophasé. C'est une des caractéristiques qui rapproche le courant triphasé du courant continu. Une lampe incandescente ou un tube fluorescent avec trois électrodes alimenté en triphasé n'a pas de papillotement. De plus, le triphasé peut facilement être converti en monophasé (le courant alternatif "normal") en n'utilisant qu'une seule phase.

Les alternateurs fournissent toujours du triphasé à partir d'une puissance de quelques kW: le rendement d'un alternateur triphasé est en effet meilleur. La distribution se fait donc toujours avec du courant triphasé, qui permet d'éliminer la moitié du cuivre (et donc aussi de réduire les pertes par échauffement). Le triphasé facilite la synchronisation des générateurs et permet à ceux-ci de rester en synchronisme, ce qui est impossible avec du monophasé.

Le triphasé a en théorie assez avec 3 conducteurs, puisque le courant qui passe par un conducteur revient par les deux autres. Mais dans la pratique, le réseau triphasé sera aussi utilisé par des appareils monophasés. La charge sur les trois conducteurs n'est pas équilibrée.

Les petits utilisateurs n'emploient qu'une phase: aucune installation n'est en fait nécessaire pour transformer le triphasé en monophasé. Les appareils monophasés sont connectés entre une phase et le neutre (cable bleu): c'est ici que la tension est de 230V. Il peut y avoir une surtension sur la connection au neutre disparait (travaux dans la rue, mauvais branchement des électriciens, etc).

Dans la pratique, on essaiera de répartir la charge sur les trois phases, pour que chaque phase fournisse environ la même intensité. Dans le cas extrème (une seule phase utilisée ou deux phases utilisées) il y a le même courant qui passe par le neutre et par une phase.

Le branchement que nous avons décrit ici est le branchement en "étoile", entre une phase et le neutre. Mais il est aussi possible de connecter un appareil entre deux phases. Quelle est alors la tension présente?

c2 = a2 + b2 - 2.ab.cosα

Avec cette formule, nous pouvons calculer l'ampleur du troisième coté d'un triangle, quand on connait deux cotés et l'angle.

Notre formule devient donc:

c2 = 2302 + 2302 - 2 × 230 × 230 × cos(120)

L'angle est ici de 120°, puisque nous travaillons en triphasé (360° : 3 = 120°), le cosinus est de -0.5. Le résultat correspond à ce que notre voltmètre mesure: environ 400.

La tension de ligne (entre deux phases) est de √3 la tension de phase (entre neutre et phase).

Triangle (Delta) ou
Etoile (Wye)

Entre deux phases, nous avons donc du 400V. Certains appareils peuvent fonctionner "en triangle" (branchement normal avec une tension effective de 400V entre conducteurs de phase) ou "en étoile" (avec 230V entre phase et neutre).

Le branchement momentané en étoile permet de faire fonctionner l'appareil à puissance réduite pour éviter les appels de courant trop importants (démarrage de moteurs). La commutation en mode triangle s'effectue automatiquement dès que le moteur a atteint une vitesse suffisante.

Pour d'autres utilisations (par exemple le chauffage électrique), le branchement en étoile produit 3× moins de chaleur qu'un branchement en delta. La consommation électrique est évidemment aussi réduite au tiers. L'avantage de cette commutation delta-étoile est que le courant dans chaque phase est identique, ce qui n'est pas le cas si on se limite à éteindre deux des trois résistances.

La différence entre neutre, phase et masse est expliquée en détails ici.

Nous expliquons ici comment brancher les appareils au réseau triphasé sur cette page. La situation particulière des Etats-Unis est décrite ici.

Une question d'un visiteur du site:

Bonjour,
Je suis en train de faire une formation de reconversion en électricité et je me posais des questions auxquelles je ne trouve pas les réponses, notamment sur le triphasé. On dit que les machines alimentées en triphasé équilibré n'ont pas besoin de neutre et je bloque complètement la dessus. J'ai commencé mes études sur le domestique monophasé où on m'a expliqué que le neutre servait à fermer le circuit et faire revenir le courant au transfo du quartier d'où il vient. Pourquoi le neutre est donc inutile en triphasé ? Comment est ce que le courant boucle ? C'est un peu la même question pour les ligne HT. On voit tjrs 3 fils ou des multiples de trois. Donc pas de neutre non plus entre la centrale de production et le primaire du transformateur. Pourquoi et comment alors le circuit se "ferme"?

Regardez sur la première image à droite sur cette page:

Quand la tension sur la phase rouge est positive au maximum, la phase bleue et verte sont négatives. Le courant va donc de la phase rouge vers la phase verte et bleue. Un instant plus tard, c'est la phase verte qui est positive et le courant retourne vers la phase rouge et bleue, puis c'est au tour de la phase bleue d'être positive. Il y a donc toujours un courant quio va d'une phase vers les autres phases et si la charge est équilibrée le neutre n'est pas nécessaire.

Le second dessin (animé) montre le déplacement du courant. On voit que les électrons (les points colorés) sont toujours en mouvement. Un quatrième fil n'est pas nécessaire pour absorber les électrons.

Le neutre est nécessaire en monophasé, puisque on prélève une seule phase du triphasé. Le retour doit maintenant se faire via le neutre. Dans un transformateur de quartier (qui alimente entre 100 et 1000 familles) la consommation sur les différentes phases s'équilibre et on peut se passer de neutre (le transfo est bobiné d'une certaine manière pour encore mieux équilibrer la charge sur les phases).

Les moteurs et transformateurs branchés en triangle n'ont pas de neutre, et pourtant cela fonctionne très bien.

Tensions triphasées

Nous avons principalement le 230/400V qui est utilisé pratiquement partout en Europe. Il permet de fournir du 230V entre une des phases et le neutre, tandis quel le triphasé est utilisé pour les gros consommateurs.

Le réseau 400/690V est utilisé quand la puissance demandée ne peut pas être fournie par le réseau standard. Les gros moteurs sont par exemple alimentés avec une telle tension, qui permet d'éviter d'avoir à utiliser des cables trop gros. Ces utilisateurs (usines,...) disposent généralement de leur propre cabine de transformation qui va transformer la moyenne tension (par exemple 6kV) en tension de 400/690V.

Et puis nous avons le réseau 130/230V; c'est un réseau historique qui permet de fournir du 230V entre deux phases (le neutre n'est pas utilisé). Ce réseau ne permet pas la charge rapide des voitures électriques (la tension est trop basse et doit d'abord être trafsformée). Jusque dans les années 1960, ce réseau était utilisé pour la distribution du 130V (tension simple), le neutre était alors utilisé. C'est un réseau qu'on retrouve encore dans certaines villes. Quand il faut remplacer une partie du réseau, on le remplace d'office par un réseau 230/400V; le branchement doit alors être adapté chez les consommateurs.

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