Distribution de l`énergie électrique. 1. Distribution monophasée
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Distribution de l`énergie électrique. 1. Distribution monophasée
Distribution de l’énergie électrique. 1. Distribution monophasée. Prise : 2 bornes Neutre + Phase (1 broche de terre) Tension disponible : UPN = 230 V f = 50 Hz 2. Distribution triphasée. Prise : 5 bornes 3 Phases + 1 Neutre + 1 Terre (ou 4 bornes + 1 broche) Tension disponibles : Phase 1 Phase 2 Phase 3 v1N u12 u13 u31 v2N u = tension composées v = tension simple v3N Neutre Convention de notation et d’orientation des flèches Mesure : U 24 V 43,7 V 42 V 230 V 397,5 V V 13,6 V 24 V 23,6 V 132,5 V 230 V 1,76 V 1,82 V 1,78 V 1,73 V 1,73 V √ 3. Branchement de récepteur sur le réseau triphasé. Un réseau triphasé comporte 3 récepteurs monophasés. Le branchement d’un récepteur triphasé est appelé COUPLAGE. COUPLAGE 1 : Chaque récepteur monophasé est branché entre le neutre et une phase. Couplage étoile Récepteurs : Lampes 24 V Ajuster V = 24 V Mesure des courants en ligne : I1 = 1,630 A ; I2 = 1,672 A ; I3 = 1,650 A Mesure du courant dans le neutre : IN = 0,082 A. Conclusion (A retenir) : Lorsque les 3 récepteurs sont identiques l’installation est EQUILIBRÉE. Le courant sans le neutre est nul. Les courants « en ligne » (dans les fils de phase) sont tous identiques. COUPLAGE 2 : Les 3 récepteurs monophasés sont tranchés entre 2 phases. Chaque récepteur est alimenté sous tension composée. Coupage triangle (Δ). Conventions de représentations : Phase 1 i1 1 Phase 1 v1N i2 Phase 2 v3N i3 Phase 2 Phase 3 Neutre Etoile j23 j31 u31 2 i2 j12 u12 iN v2N i1 i3 u23 Phase 3 Neutre non utilisé j : Courant dans les récepteurs i : Courant en ligne Triangle 4. Choix du couplage d’un récepteur triphasé sur un réseau. Exemple de réseau : 230 / 400 V V U Exemple de plaque signalétique moteur : 230 / 400 V Tension que supporte 1 enroulement (= récepteur) Y Exemple 1 : Choix du couplage d’un récepteur triphasé. 1er cas : Réseau d’alimentation : Triphasé 400V ; 50 Hz Caractéristiques du récepteur triphasé Couplage du réseau 130 / 230 V 230 / 400 V 400 / 690 V Y Δ 2ème cas : Réseau d’alimentation : Triphasé 690V ; 50 Hz Caractéristiques du récepteur triphasé Couplage du réseau 130 / 230 V 230 / 400 V 400 / 690 V Y 3ème cas : Réseau d’alimentation : Triphasé 230V ; 50 Hz Caractéristiques du récepteur triphasé Couplage du réseau 130 / 230 V 230 / 400 V 400 / 690 V Y Δ Exemple 2 : Représentation du couplage des enroulements d’un moteur. Exemple 3 : Représentation d’une installation. Représenter le schéma de l’installation équilibrée comportant les récepteurs ci-dessous et alimentée par un réseau 230 / 400 V ; 50 Hz Un moteur triphasé M1 dont la plaque signalétique indique 230 / 400 V Un moteur triphasé M2 dont la plaque signalétique indique 400 / 690 V 3 lampes identiques de tension nominale 230 V Phase 1 Phase 2 Phase 3 Neutre M2 3~ M1 3~ Y Δ Tableau de calcul des puissances électriques d’une installation équilibrée : Puissance active P Puissance réactive Q Monophasé Triphasé Puissance apparente S √ √ En triphasé : U = tension composée (que soir le couplage). √ √ √ √ 5. Les puissances électriques mise en jeu dans une installation triphasée. Pméca Réseau triphasé Pélec Récepteur triphasé Plumineuse Pthermique … Q Pélec = Puissance active consommée par le récepteur. La seul qui peut être convertie en puissance utile par l’utilisateur (méca, thermique…). Pour fonctionner, un récepteur a besoin de consommer également une puissance réactive Q Le compteur d’énergie comptabilise les 2 formes de puissance. Economiquement, plus la consommation de puissance réactive prise au réseau est grande, plus la facture est élevée. Le courant en ligne reflète la consommation d’énergie active et d’énergie réactive. Exemple 4 : Bilan de puissances d’une installation. Sur un réseau triphasé 230 / 400 V ; 50 Hz, on branche 3 récepteurs triphasés équilibrés inductifs. On donne les caractéristiques de chacun des récepteurs : Récepteur 1 : P1 = 5 kW ; k1 = 0,7 Récepteur 2 : P2 = 2 kW ; k1 = 0,6 Récepteur 3 : P3 = 6 kW ; k1 = 0,85 1. Quelle est la puissance active totale de l’installation lorsque tous les appareils fonctionnent ? Loi de conservation de l’énergie = les puissances actives sont addictives. P = P1 + P2 + P3 = 5 + 2 + 6 P = 13 kW 2. Quelle est la puissance réactive totale de l’installation lorsque tous les appareils fonctionnent ? Théorème de Boucherot = les puissances réactives sont addictives. Q = Q1 + Q2 + Q3 Pour calculer Q1 : P1 = 5 kW et Pour calculer Q2 : P2 = 2 kW et Pour calculer Q2 : P3 = 6 kW et Q = 5,1 + 2,66 + 3,72 = 11,48 Var 3. En déduire la valeur de la puissance apparente de l’installation. √ √ 4. Quelle est la valeur de l’intensité du courant en ligne ? √ √ √ 6. Facteur de puissance d’une installation. Définition : Le facteur de puissance (k) d’une installation permet de définir la qualité de l’utilisateur de définir la qualité de l’utilisateur de l’énergie électrique. Q P 0 0,93 1 k Relèvement du facteur de puissance. Pour éviter de prélever l’énergie réactive sur le réseau ( risque de taxation), on ajoute en parallèle sur l’installation, des condensateurs qui jouent le rôle de sources auxiliaires d’énergie réactive. Exemple 5 : Facteur de puissance. 1. Calculer le facteur de puissance de l’installation décrite dans l’exemple 4. Pour l’ensemble de l’installation = . 2. On souhaite relever le facteur de puissance de cette installation à 0,93. Quelle est la valeur 1 condensateur de la capacité de chaque condensateur qu’il faudra utiliser ? Avant relèvement Formule de calcul de la capacité des condensateurs : 𝜋𝑓 Avant relèvement : Après relèvement : C = 42 µf = 3. Calculer la valeur de l’intensité du courant en ligne après relèvement du facteur de puissance, tous les appareils étant en fonctionnement. Nouvelle valeur du courant en ligne La puissance active totale n’a pas changé √ √ √ Exercice : Rappel : Puissance d’une résistance. Couplage étoile : Tension : V Courant : I Couplage triangle : Tension : U Courant : J Un four est chauffé par 3 résistances identiques dont la valeur est R = 7,22 Ω à 20°C. Ces résistances peuvent être couplées en étoile ou en triangle suivant l’allure de chauffe demandée. Le dispositif est alimenté par un système de tensions triphasées équilibré 400 V / 50 Hz. 1. Calculer la puissance des 3 résistances et le courant en ligne pour un couplage en étoile à 20°C. En Y à 20°C = √ √ 2. Même question pour un couplage en triangle. En Δ à 20°C = √ √ √ 3. Le graphe ci-dessous indique le fonctionnement du système de régulation : A B : couplage triangle D E : couplage étoile B C : couplage triangle E B : commutation étoile – triangle C D : commutation triangle – étoile Sachant que les résistances chauffantes sont réalisées en alliage nickel – chrome de coefficient e température a = 4.10-4 K-1, calculer les valeurs des puissances qui correspondent aux points particuliers A, B, C, D, E. On rappelle que la résistance d’un élément chauffant, à la température t, se calcule à partir de la relation : Rt = R0 . [1 + a . (t + 273)° où R0 (= 6,46 Ω) représente la résistance à 0°C et t est la température en °C. 4. Expliquer le fonctionnement de la régulation. Quelle peut être la grandeur portée en ordonnée sur le graphe ? Couplage Température (Ω) R (kW) P A Δ 20°C 7,22 66 B Δ 200°C 7,68 62,5 C Δ 300°C 7,94 60,4 D Y 300°C 7,94 20 E Y 200°C 7,68 20,7