Système Triphasé
Définition et caractéristiques des systèmes triphasés
Un système triphasé est défini comme un système électrique composé de trois phases. Dans cette configuration, le courant électrique circule à travers trois fils distincts, tandis qu'un fil neutre sert de chemin pour que le courant de défaut puisse se décharger en toute sécurité vers la terre. On peut également le décrire comme un système qui utilise trois fils pour les processus de génération, de transmission et de distribution d'électricité. De plus, un système triphasé peut fonctionner comme un système monophasé en extrayant l'une de ses phases ainsi que le fil neutre. Dans un système triphasé équilibré, la somme des courants de ligne est précisément nulle, et les phases sont séparées par un déplacement angulaire de 120º.
Un système triphasé typique utilise quatre fils : trois conducteurs porteurs de courant et un fil neutre. Il convient de noter que la section transversale du conducteur neutre est généralement la moitié de celle des fils actifs. Le courant dans le fil neutre est égal à la somme vectorielle des courants de ligne des trois phases. Mathématiquement, il est équivalent à √3 fois la composante de séquence de phase zéro du courant.
Les systèmes triphasés offrent de nombreux avantages significatifs. Comparés aux systèmes monophasés, ils nécessitent moins de conducteurs, réduisant ainsi les coûts d'infrastructure. Ils assurent également une alimentation électrique continue à la charge, améliorant la fiabilité du service électrique. De plus, les systèmes triphasés sont reconnus pour leur efficacité supérieure et leurs pertes de puissance minimales lors de la transmission et de l'exploitation.
Les tensions triphasées sont générées au sein d'un générateur, produisant trois tensions sinusoïdales de même amplitude et fréquence, mais décalées de 120º les unes par rapport aux autres. Cette configuration fournit une alimentation électrique ininterrompue. En cas de perturbation sur l'une des phases du système, les deux phases restantes peuvent continuer à fournir de l'énergie, maintenant les services électriques essentiels. Il est important de noter qu'en un système triphasé équilibré, l'amplitude du courant dans l'une quelconque des phases est égale à la somme vectorielle des courants dans les deux autres phases, conformément aux principes de la théorie des circuits électriques.
Un décalage de phase de 120º entre les trois phases est crucial pour le bon et fiable fonctionnement d'un système triphasé. Sans cette relation de phase précise, le système est très vulnérable aux dommages, ce qui peut entraîner des interruptions de l'alimentation électrique, des pannes d'équipement et des risques potentiels pour la sécurité.
Types de connexions dans les systèmes triphasés
Les systèmes triphasés peuvent être configurés de deux manières principales : la connexion en étoile et la connexion en triangle. Chacune de ces méthodes de connexion présente des caractéristiques et des applications distinctes, qui sont détaillées ci-dessous.
Connexion en étoile
La connexion en étoile, également connue sous le nom de connexion Y, utilise quatre fils : trois conducteurs de phase et un conducteur neutre. Ce type de connexion est particulièrement adapté à la transmission électrique sur de longues distances. La présence du point neutre est un avantage clé. Il sert de chemin pour les courants déséquilibrés, permettant leur circulation en toute sécurité vers la terre. En gérant efficacement ces courants déséquilibrés, la connexion en étoile contribue à maintenir l'équilibre global du système électrique, réduisant le risque de surcharge et assurant une alimentation stable sur de longues distances.
Dans un système triphasé connecté en étoile, deux niveaux de tension distincts sont disponibles : 230 V et 440 V. Plus précisément, la tension mesurée entre un seul conducteur de phase et le neutre est de 230 V, tandis que la tension entre deux conducteurs de phase est de 440 V. Cette caractéristique de double tension rend la connexion en étoile polyvalente pour diverses applications électriques, répondant aux besoins tant domestiques à basse tension qu'industriels à haute tension.
Connexion en triangle
La connexion en triangle, en revanche, n'utilise que trois fils et ne dispose pas de point neutre, comme illustré dans la figure ci-dessous. L'une des caractéristiques définissantes de la connexion en triangle est que la tension de ligne est identique à la tension de phase. Cette configuration simplifie l'installation électrique dans certaines situations, notamment lorsque l'absence d'un fil neutre est acceptable et lorsque la conception du système bénéficie de l'équivalence directe des tensions de ligne et de phase.
Connexion des charges dans les systèmes triphasés
Dans un système électrique triphasé, les charges peuvent être connectées en configuration étoile (Y) ou en triangle (Δ). Ces deux méthodes de connexion présentent des caractéristiques électriques et des applications distinctes. Les diagrammes ci-dessous illustrent comment les charges triphasées sont connectées dans les configurations delta et étoile, offrant une représentation visuelle claire de leurs différences structurelles et de leurs comportements électriques.
Dans un système électrique triphasé, la charge peut être classée comme équilibrée ou non équilibrée. Une charge triphasée est considérée comme équilibrée lorsque les trois charges individuelles (représentées par des impédances) Z1, Z2 et Z3 présentent à la fois des amplitudes et des angles de phase identiques. Dans de telles conditions d'équilibre, non seulement toutes les tensions de phase conservent des amplitudes égales, mais les tensions de ligne partagent également cette caractéristique d'être égales en amplitude. Cette symétrie des valeurs de tension et d'impédance conduit à un fonctionnement électrique plus stable et efficace, minimisant les pertes de puissance et assurant une distribution uniforme de l'énergie électrique dans le système.
