Commande lectrique de machinesRsum de thorieCours 12A

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RDACTIONMichel Puche

DESSINS ET CONCEPTION GRAPHIQUEMichel Puch et Pascal Tremblay

RVISION TECHNIQUEMichel Puche

RVISION LINGUISTIQUEFranois Gaudreau

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Imprim Montral, le 14 septembre 2015CHAP_2.DOC/ 15 pages

TABLE DES MATIRES2. Circuits triphass2.1 Discussion2.2 Tensions triphases2.2.1 Branchement en toile2.2.2 Branchement en triangle2.3 Charges raccordes en toile ou en triangle2.4 Puissances dans les circuits triphass.2.4.1 Charges rsistives2.4.2 Triangle des puissances2.5 Le facteur de puissance2.6 Squence des tensions de phases2.7 Transformateurs triphass2.7.1 Couplage triangle - toile2.7.2 Couplage triangle - triangle2.7.3 Branchement des transformateurs monophass2.8 Distribution lectrique2.9 Installations industrielles

Circuits triphassDiscussionLnergie est distribue dans la plupart des installations industrielles par un systme triphas. Les tensions entre les lignes ont la mme valeur et la mme frquence, mais elles sont dphases lune par rapport lautre de 120.Pour une puissance donne, une ligne de transport triphase demande moins de cuivre quune ligne monophase. De plus, les moteurs et les alternateurs triphass sont plus petits et moins coteux que les moteurs et alternateurs monophass de mme capacit, tension et vitesse.La Figure 2-1 nous montre la construction simplifie dun alternateur triphas ainsi que sa tension de sortie. Chaque enroulement est dcal de 120, ce qui permet davoir trois tensions de sorties dphases de 120.

Figure 2-1 alternateur triphasTensions triphasesOn peut brancher les enroulements de lalternateur de la figure prcdente de deux faons: en toile ou en triangle.Branchement en toileDans un branchement en toile, les extrmits des enroulements sont relies un mme point quon appelle le neutre(Figure 2-2).Dans un tel branchement, les tensions Ean, Ebn, Ecn, sont appeles tensions de phase. Chacune de ces tensions est dphase de 120, lune par rapport lautre.

Figure 2-2 branchement en toileLa diffrence de potentiel entre deux tensions de phase nous donne la tension de ligne.Eab= Ean - Ebn

Le rapport entre la tension de ligne et la tension de phase est le suivant:

Equation 2-1 EL= tension de ligne = Eab;Eph= tension de phase = Ean.

Branchement en triangleSi on raccorde les enroulements comme indiqu la Figure 2-3, on retrouve quune seule tension qui est la tension de ligne. Les trois tensions de ligne Eab, Ebc, Eca sont dcales de 120 lune par rapport aux autres.

Figure 2-3 branchement en triangle

Charges raccordes en toile ou en triangleDans un systme triphas, les charges peuvent tre raccordes en toile (Figure 2-4a) ou en triangle(Figure 2-4b).

Figure 2-4 charge en toile et en triangleLes caractristiques dun branchement en triangle sont les suivantes: Le courant dans chaque lment est gal au courant de ligne divis par 3. La tension aux bornes de chaque lment est gale la tension de ligne. Les tensions aux bornes des lments sont dphases de 120. Les courants dans les lments sont dphass de 120.

Exemple 2.1Trois charges de 100 sont raccordes en triangle sur une alimentation triphase dont la tension de ligne est de 380 Volts. Calculez le courant de ligne.Solution:Iz = EL / ZIz = 380V / 100Iz = 3.8 ampresIL = Iz 3IL = 3.8A 3 IL = 6.57 ampres

Les caractristiques dun branchement en toiles sont les suivantes: Le courant dans chaque lment est gal au courant de ligne. La tension aux bornes de chaque lment est gale la tension de ligne divise par 3 Les tensions aux bornes des lments sont dphases de 120. Les courants dans les lments sont dphass de 120. Le courant dans le neutre est gal zro si les charges sont quilibres.

Selon la loi de Kirchoff:

Exemple 2.2Si on raccorde les trois charges de lexemple prcdent en toile, calculez le courant dans chacune des rsistances.Solution:Ez = EL / 3 Ez = 380V / 3Ez = 220 voltsIz = IL = Ez / ZIL = 220V / 100 IL = 2.2 ampresPuissances dans les circuits triphass.Charges rsistivesSi on fait le calcul de la puissance avec charges rsistives identiques, nous avons dans un circuit en toile:PR = (EL / 3) ILPT = 3PR

PT = 3 (EL IL) 3PT = EL IL 3

Pour le montage en triangle:PR = EL IRPR = EL (IL / 3)PT = 3 EL (IL / 3)PT = EL IL 3

Que ce soit pour un montage en toile ou en triangle, le rsultat est le mme. La puissance totale fournie par un ligne triphase est appele puissance apparente, cette puissance nous est donne par lEquation 2-2.

Equation 2-2 S = puissance apparente, en volts-ampre (VA); EL = tension de ligne, en volt; IL = courant de ligne, en ampre.

Triangle des puissancesLes charges industrielles ne sont pas uniquement des charges rsistives, elles peuvent-tre aussi inductives ou mme capacitives. Il est important de bien comprendre la relation entre les diffrentes puissances prsentes dans des circuits triphass. On utilise le triangle des puissances pour expliquer cette relation(Figure 2-5)

Figure 2-5 triangle des puissances

P = puissance active, en watts (W); QT = puissance ractive totale, en vars (VAR); S = puissance apparente, en volts-ampres (VA); = angle de dphasage entre la tension de ligne et le courant de ligne.

Le facteur de puissanceLe facteur de puissance est le rapport entre la puissance active et la puissance apparente. Dans les industries o lon retrouve de fortes charges inductives (ex.: moteurs lectriques), il est essentiel de maintenir le facteur de puissance tout prs de 100%, si lon veut viter des pnalits. Dans certaines situations, on utilise des bancs de condensateurs pour corriger le facteur de puissance.Le facteur de puissance nous est donn par la relation suivante:

Equation 2-3

Le facteur de puissance est en retard lorsque le courant de ligne est en arrire sur la tension de ligne (charge inductive). Le facteur de puissance est en avance lorsque le courant de ligne devance la tension de ligne (charge capactive).

Il existe un appareil permettant de mesurer le facteur de puissance. Cet appareil porte le nom de cosphimtre.

Exemple 2.3Un moteur triphas de 10KW est aliment par une source de 380 Volts. Le facteur de puissance mesur avec un cosphimtre est de 85% arrire. Dterminez...a) la puissance apparente;b) la puissance ractive;c) le courant de ligne;d) et dessinez le triangle des puissances;e) et dterminez le dphasage entre IL et EL.

Solution:a) S = P / F.P. = 10KW / .85 = 11,76 KVAb) Q = (S - P) = (11.76 - 10) = 6.18 KVARc) IL = S / (EL 3) = 11.76 / (380 3) = 17.88 ampresd) Triangle des puissances:

5) = cos-1 0.85 = 31.8arrire

Squence des tensions de phasesLa squence des phases est lordre dans lequel se succdent les trois tensions de phases ou de lignes. la figure 2.1 cette squence est Ea - Eb - Ec . Si on change le sens de rotation du rotor, la nouvelle squence devient Ea - Ec - Eb.Dans certaines installations lectriques, il est important de connatre cette squence avant de brancher des lments sur le rseau afin dviter des problmes majeurs.Dans le cas des moteurs triphass, la squence de phase dtermine le sens de rotation du moteur. Lorsquon dsire brancher deux lignes triphases en parallle, il est important que chaque ligne possde la mme squence de phase.Il existe un instrument spcial permettant de dterminer la squence de phase dune ligne triphass. Cet instrument est appel synchronoscope.

Transformateurs triphassLorsquon dsire augmenter ou abaisser la tension sur des lignes triphases, on utilise des transfomateurs triphass ou des transformateurs monophass.Pour une puissance donne, le transformateur triphas est moins dispendieux et plus petit que trois transformateurs monophass. Dans certains cas on prfre utiliser trois transformateurs monophass plus une unit de rserve plutt que deux transformateurs triphass.Avec les transformateurs triphass nous pouvons raliser quatre types de couplage le triangle -toile; le triangle - triangle; ltoile - triangle; ltoile - toile.Les couplages qui sont les plus frquemment utiliss sont: triangle-toile et triangle-triangle.

Couplage triangle - toilele couplage triangle - toile (Figure 2-6) est trs utilis dans la distribution basse-tension. Cette configuration donne lavantage davoir, au secondaire, une tension de ligne permettant de brancher des charges triphases ainsi quune tension de phase-neutre pour des charges monophases.

Figure 2-6 couplage triangle-etoile ELp = tension de ligne primaire; ILp = courant de ligne primaire; Ip = courant de lenroulement primaire; ELs = tension de ligne secondaire; Es = tension de lenroulement secondaire (tension de phase); Ils = courant de ligne secondaire.La puissance nominale des transformateurs est donne en KVA, et la relation des tensions et courants dans le cas dun montage triangle - toile est la suivante:Au primaire:S = ELP ILP 3ILP = Ip 3EP = ELPAu secondaire:S = ELS ILS 3ES = ELS / 3IS = ILSExemple 2.4Un transformateur triphas de 100KVA est branch au primaire en triangle et au secondaire en toile. Il est aliment par un source triphase de 12KV et la tension de ligne au secondaire est de 380 V. Si le transformateur fonctionne sa puissance nominale. Dterminez les valeurs suivantes:a) la tension de phase au secondaire;b) le courant de ligne au secondaire;c) le courant de ligne au primaire.Solution:a) ES = ELS / 3 = 380V / 3 = 220Vb) ILS = S /(ELS 3) = 100KVA / (380 3) = 152,11 ampresc) ILP = S / (ELP 3) = 100KVA 12KV 3 = 4,81 ampres

Couplage triangle - triangleLe montage triangle-triangle (Figure 2-7) est utilis dans les installations lectriques quand lutilisation dune tension monophase nest pas ncessaire. Ce montage noccasionne aucun dphasage entre le courant de ligne primaire et secondaire, tandis que dans un montage triangle-toile, il existe un dphasage de 30 entre ces deux courants.

Figure 2-7 couplage triangle-triangle

Au primaire:S = EP ILP 3EP = ELPILP = IP 3Au secondaire: S = ELS ILS 3ELS = EPIS = ILS 3Branchement des transformateurs monophassLorsquils sont utiliss dans un regroupement triphas, les transformateurs monophass conservent leurs proprits monophass. Il est important que tout transformateur possde les mmes caractristiques.Lorsquon branche les transformateurs, il faut tenir compte de leurs polarits. Comme nous montre la Figure 2-8 dans un montage triangle - toile, la borne H2 du premier transformateur est relie la borne H1 du second transformateur. Au secondaire, les bornes X2 de chaque transformateur sont relies ensemble pour former le neutre.

Figure 2-8 branchement de transformateurs monophass

Distribution lectriqueAu Maroc, le rseau de distribution lectrique se fait plusieurs niveaux, savoir: la distribution haute tension (225KV, 150KV, 60KV); la distribution moyenne tension(20KV, 5,5KV); la distribution basse tension(380V, 220V,110V).

La Figure 2-9 montre une partie du rseau lectrique du Maroc en ce qui a trait la distribution lectrique haute tension. Lnergie lectrique est produite partir de centrales hydrauliques et de centrales thermiques.

Figure 2-9 rseau Haute Tension

Installations industriellesLes installations industrielles (sauf si elles sont petites) sont alimentes partir dun rseau moyenne tension (5,5 KV 20 KV) ou quelque fois haute tension (60 KV). La Figure 2-10 reprsente le schma unifilaire typique dune installation industrielle dans le cas dune usine importante.

Figure 2-10 Installation Industrielle