Contenu
- Avertissements
- Alimentation triphasée: une analogie visuelle
- Puissance et tension dans les circuits alternatifs
- Alimentation monophasée: étendre l'analogie
- Conversion monophasée à triphasée
Aux États-Unis, le pouvoir d'entrer dans les foyers des peuples est essentiellement constitué d'une phase. L’énergie produite à la centrale électrique est toutefois triphasée. C’est l’idée qui sous-tend les grandes lignes de transmission que vous voyez attachées aux grandes tours: ces lignes sont supposées transmettre autant de tension que possible sur de longues distances avant que cette puissance ne soit "exploitée" et distribuée dans les quartiers à une tension considérablement réduite.
L'alimentation monophasée est suffisante pour pratiquement tous les appareils ménagers, alors que les environnements industriels dotés d'équipements lourds nécessitent une alimentation triphasée. Mais que se passe-t-il si vous avez besoin d’une alimentation triphasée et que vous n’avez que l’alimentation monophasée entrant dans votre maison?
Avertissements
Alimentation triphasée: une analogie visuelle
Imaginez-vous et deux de vos amis (manifestement ennuyés) qui vont et viennent à une vitesse rapide de 2 mètres par seconde sur un sentier nord-sud mesurant 60 mètres d'un bout à l'autre. Chacun de vous commence au milieu de ce chemin, marche à l'extrémité nord, revient au début, continue à marcher à l'extrémité opposée et revient au milieu, effectuant ainsi un «tour» ou cycle de 120 mètres. Parce que chacun de vous marche à 2 mètres par seconde, un aller-retour dure 60 secondes exactement.
Supposons en outre qu’au point de départ, le "statut" de chacun de vous soit égal à zéro. Vous gagnez une unité de statut pour chaque mètre parcouru au nord et vous perdez une unité de statut pour chaque mètre parcouru au sud. Ainsi, chaque fois que l'un de vous atteint l'extrémité nord du chemin, cette personne a le statut 30, tandis que toute personne effectuant le virage à l'extrémité sud a le statut -30. Vous reconnaissez que vous trois pouvez au maximum vous séparer les uns des autres en commençant par 20 secondes d’écart, car chaque circuit dure 60 secondes et vous êtes trois, et 60 divisé par 3 est égal à 20. Si vous faites l’algèbre, vous constaterez que lorsque l’un d’entre vous a maximisé son "statut" à 30 en atteignant son extrémité nord, les deux autres se croisent à mi-chemin le long de la section sud, l’un se dirigeant vers le nord et l’autre vers le sud, où chaque promeneur a le statut de -15. Si vous additionnez vos valeurs de statut à ce moment-là, elles totalisent 30 + (-15) + (-15) = 0. Il est possible de montrer que, en fait, la somme de toutes vos valeurs de statut à tout moment est 0 tant que vous trois êtes parfaitement décalés comme décrit.
Puissance et tension dans les circuits alternatifs
Ceci offre un modèle de ce à quoi ressemble une alimentation électrique triphasée, sauf que "tension" remplace "état" et qu'au lieu d'un cycle se produisant toutes les 60 secondes, 60 cycles de tension se produisent chaque seconde. De plus, au lieu que chaque personne passe le point de départ deux fois par minute, la tension passe par le point zéro 120 fois par seconde.
En raison de la manière dont la puissance, le courant et la tension sont liés mathématiquement, la puissance triphasée reste à un niveau non nul constant même si les trois tensions individuelles s'ajoutent à zéro à tout moment. Cette relation est:
P = V2/ R
Ici, P est la puissance en watts, V la tension en volts et R la résistance électrique en unités appelées ohms. Vous pouvez voir que les tensions négatives contribuent à la puissance, car la mise au carré d'un nombre négatif donne une valeur positive. La puissance totale dans un système triphasé est simplement la somme de la puissance des trois valeurs de puissance individuelles de chaque phase.
Aussi, si vous vous êtes déjà demandé comment le courant alternatif tire son nom, vous avez maintenant votre réponse. La tension n'est jamais constante dans les systèmes monophasés ou triphasés et, par conséquent, le courant ne l'est pas non plus; ceux-ci sont liés par la loi d'Ohm, qui est V = IR, où I représente le courant en ampères ("ampères").
Alimentation monophasée: étendre l'analogie
Pour étendre l'analogie de la marche des copains au pouvoir monophasé, imaginez simplement que deux de vos amis sont appelés à la maison pour dîner pendant que vous continuez de marcher, et voilà. En d’autres termes, l’alimentation triphasée est littéralement composée de trois sources d’alimentation monophasée mutuellement compensées d’un tiers de cycle (ou, en termes trigonométriques, de 120 degrés). Dans une alimentation monophasée, chaque fois que la tension unique devient brièvement égale à zéro, la puissance de sortie en fait de même. Vous pouvez peut-être maintenant comprendre pourquoi les petits appareils, qui ne sont pas très affectés par de très brèves coupures de courant, peuvent fonctionner en monophasé, alors que les grosses machines qui fonctionnent à haute puissance (puissance) ne le peuvent pas; ils nécessitent une alimentation importante et régulière.
Tout ce qui précède est plus facile à comprendre en consultant un graphique de la tension en fonction du temps pour une alimentation triphasée (voir Ressources). Dans ce graphique, les différentes phases sont représentées par des lignes rouges, violettes et bleues. Leur somme est toujours égale à zéro, mais la somme de leurs carrés est positive et constante. Ainsi, étant donnée une valeur constante de R, la puissance P dans ces configurations est également constante en raison de la relation P = V2/ R.
Pour une alimentation monophasée, il n'y a pas de tension à résumer, et la tension monophasée passe par le point zéro 120 fois par seconde. À ces instants, le courant tombe à zéro mais se rétablit assez rapidement pour que les petites lumières, les appareils électroménagers, etc., ne subissent aucune interruption notable.
Conversion monophasée à triphasée
Si vous avez un moteur triphasé dans un appareil plus gros tel qu'un compresseur d'air de taille industrielle et que vous n'avez pas facilement accès à l'alimentation triphasée en raison de la configuration de votre réseau local, vous pouvez utiliser des solutions de contournement pour obtenir votre équipement correctement alimenté. (L'une d'entre elles consiste simplement à remplacer le moteur triphasé par un moteur monophasé, mais ce n'est pas aussi astucieux que d'autres solutions.)
De nombreux types de convertisseurs triphasés sont disponibles. L'un d'entre eux, un convertisseur statique, profite du fait que, même si un moteur triphasé ne peut pas démarrer sur une alimentation monophasée, il peut continuer à fonctionner sur une alimentation monophasée une fois démarré. Un convertisseur statique le fait à l'aide de condensateurs (dispositifs capables de stocker de la charge), ce qui permet au convertisseur statique de se substituer à l'une des phases, bien que de manière inefficace, ce qui permet de réduire la durée de vie effective du moteur. UNE convertisseur de phase rotatifd'autre part, agit comme une sorte de combinaison d'un moteur triphasé de remplacement et d'un générateur indépendant. Cet appareil comprend un moteur de renvoi qui, une fois mis en mouvement, ne fait tourner aucune pièce mobile des machines mères mais génère de la puissance, de sorte que l’ensemble de la configuration puisse reproduire assez bien un système triphasé. Enfin, un entraînement à fréquence variable (VFD) utilise des composants appelés inverseurs, qui peuvent être utilisés pour créer un courant alternatif à presque toutes les fréquences souhaitées et reproduire la plupart des conditions présentes dans un moteur triphasé standard.
Aucun de ces convertisseurs n'est parfait, pas plus qu'un couteau à pain ne peut être utilisé pour couper de la viande facilement. Mais un couteau à pain vaut mieux que vos mains nues. Ces convertisseurs sont donc intéressants à utiliser si vous travaillez souvent avec des machines et des outils énergivores.