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