Triphasé
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Le triphasé est un système de trois tensions sinusoïdales de même fréquence qui sont déphasées entre elles de 120 ° ( 2 Π / 3). Si la fréquence est de 50 Hz par exemple, alors les trois phases sont retardées de (1/50)/3 seconde [soit 6,7 millisecondes]. Lorsque les trois conducteurs sont parcourus par des courants de même valeur efficace, le système est dit équilibré.
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Distribution triphasée
Une distribution triphasée comporte 3 ou 4 fils
- Trois conducteurs de phase
- Un conducteur de neutre qui n'est pas systématique mais qui est souvent distribué.
Tensions simples
Les différences de potentiel entre chacune des phases et le neutre constituent un système de tensions triphasées notées généralement V (V1N, V2N ,V3N) et appelées tensions simples. Mathématiquement, on peut noter V1=V0.sin(2πf.t), V2=V0.sin(2πf.t + 2π/3) et V2=V0.sin(2πf.t + 4π/3) avec V0 la tension crête, f la fréquence et t le temps. On pose souvent ω=2πf.
Valeur efficace
La tension efficace est la tension qu'il faudrait donner en courant continu pour fournir la même énergie en une alternance du courant alternatif. Pour un sinus, la valeur efficace Veff vaut V0 / √2 et est plus simplement notée V. De même pour une intensité du courant: on divise par ce radical pour avoir la valeur efficace. Un courant noté I suppose par défaut que I est sa valeur efficace.
Tensions composées
Les différences de potentiel entre les phases constituent un système de tensions triphasées notées généralement U : (U12,U23,U31) et appelées tensions composées. Elles sont également sinusoïdales et leur tension crête vaut U0=V0 * √3. Mathématiquement, bien sûr, U12=V1 - V2. De même pour les deux autres.
Récepteurs triphasés
Un récepteur triphasé est constitué de 3 dipôles. Si ces 3 dipôles sont absolument identiques, le récepteur est dit équilibré.
Un récepteur triphasé peut être relié à l'alimentation de 2 manières :
Image:Couplages triphasés.png
Voir aussi transformation étoile-triangle
Intérêt du triphasé
Intérêt pour le transport de l'électricité
Le transport en triphasé permet d’économiser du câble et de diminuer les pertes par effet joule : 3 fils de phases suffisent (le neutre n'est pas transporté, il est "recréé" au niveau du dernier transformateur). En effet, le déphasage entre chaque phase est tel que, pour un système équilibré, la somme des trois courants est supposée nulle ( si les trois courants ont la même amplitude, alors: cos(x) + cos(x+2Π/3) + cos(x+4Π/3)=0 ). Et donc, en plus de faire l'économie d'un câble sur les longues distances, on économise en prime sur les effets joules (un câble supplémentaire traversé par un courant impliquerait des pertes supplémentaires). On voit déjà là un grand intérêt à avoir choisi ces déphasages !
Intérêt pour la production de l'électricité
De meilleurs alternateurs
Plus de 95 % de l’énergie électrique est produite par des alternateurs synchrones, des machines électromécaniques fournissant des tensions de fréquences proportionnelles à leur vitesse de rotation. Ces machines sont moins coûteuses et ont un meilleur rendement que les machines à courant continu (dynamos) qui délivrent des tensions continues (95 % au lieu de 85 %).
Les alternateurs (machines synchrones) triphasés qui produisent l'energie électrique ont un meilleur rendement et un meilleur rapport puissance/poids qu'un alternateur monophasé de même puissance.
Annuler la puissance fluctuante
Les alternateurs de puissance doivent nécessairement produire un système de tensions polyphasées : Supposons qu’un alternateur monophasé délivre 1000 A sous une tension de 1000 V et de fréquence 50 Hz. L'expression de la puissance délivrée se met sous la forme :
<math>P = U\sqrt 2 sin( \omega t) \cdot I\sqrt 2 sin( \omega t+\varphi)</math>
<math>P = UI cos \varphi - UI cos( 2\omega t+\varphi)</math>
donc la puissance active délivrée (le premier terme de la somme) est comprise entre 0 et 1 MW (elle dépend du facteur de puissance de la charge), mais la puissance fluctuante (le deuxième terme de la somme) est une puissance sinusoïdale de fréquence 100 Hz et d’amplitude obligatoirement égale à 1 MW.
La turbine, du fait de son inertie, tourne avec une vitesse mécanique quasi constante, or elle doit à chaque instant fournir une puissance identique donc également fluctuante. Ces oscillations de puissance se traduisent par des oscillations de couples qui sont, en majeure partie, absorbées par l’élasticité de l’arbre et finissent par provoquer sa destruction.
Pour annuler cette puissance fluctuante, il faut produire n phases (n ≥ 2) déphasées convenablement dans le temps. Par exemple en diphasé:
<math>P = U\sqrt 2 sin( \omega t) \cdot I\sqrt 2 sin( \omega t+\varphi)+U\sqrt 2 cos( \omega t) \cdot I\sqrt 2 cos( \omega t+\varphi)</math>
<math>P = UI cos \varphi - UI cos( 2\omega t+\varphi)+UI cos \varphi + UI cos( 2\omega t+\varphi)</math>
<math>P = 2UI cos \varphi</math>
La puissance fluctuante a bien été annulée. Le choix qui a été fait pour l'ensemble des réseaux du monde est n = 3.
