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Sciences de l'ingénieur · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Électriques

Fonction alimenter – système triphasé

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Un système triphasé équilibré est constitué de trois tensions sinusoïdales de même fréquence et même valeur efficace, déphasées de $120^\circ$ ($2\pi/3$ rad) entre elles.

  • Tensions simples ($V$) : tension entre une phase et le neutre. $V_1(t) = V\sqrt{2}\sin(\omega t)$.
  • Tensions composées ($U$) : tension entre deux phases. En régime équilibré : $U = V\sqrt{3}$.
  • Couplage Étoile (Y) : $I = J$ et $U = V\sqrt{3}$. Le neutre est relié au centre de l'étoile.
  • Couplage Triangle ($\Delta$) : $U = V$ et $I = J\sqrt{3}$.
  • Puissances :
    • Active : $P = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \cos\phi$ (en Watts).
    • Réactive : $Q = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \sin\phi$ (en VAR).
    • Apparente : $S = \sqrt{3} \cdot U \cdot I$ (en VA).

Méthodes à maîtriser

  1. Passage de Y à $\Delta$ : Identifier si le récepteur possède un neutre accessible.
  2. Calcul de la puissance : Toujours utiliser les valeurs composées ($U$) et les courants en ligne ($I$) pour les formules triphasées.
  3. Facteur de puissance : Calculer $\cos\phi = P/S$.
  4. Relèvement du facteur de puissance : Utiliser des condensateurs en triangle pour réduire $I$ sans modifier la puissance active.

Exemples corrigés

Exemple : Un récepteur triphasé consomme 5 kW avec un $\cos\phi = 0,8$ sous $400V$. Calculer $I$ : $I = \frac{P}{\sqrt{3} \cdot U \cdot \cos\phi} = \frac{5000}{\sqrt{3} \cdot 400 \cdot 0,8} \approx 9,02 \text{ A}$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre $U$ (composée) et $V$ (simple) dans les formules de puissance.
  • Oublier le $\sqrt{3}$ dans les formules de puissance triphasée.
  • Utiliser la loi d'Ohm $U=RI$ au lieu de $V=ZI$ pour le couplage étoile.
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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Fonction alimenter – système triphasé

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Dans un couplage étoile, si $U=400V$, alors $V$ vaut :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre tension simple et tension composée ?
  1. La tension simple ($V$) est mesurée entre une phase (L1, L2 ou L3) et le conducteur neutre (N).
  2. La tension composée ($U$) est mesurée entre deux phases (ex: entre L1 et L2).
  3. Dans un réseau triphasé 230V/400V, $V = 230\text{V}$ et $U = 400\text{V}$.

💡 À retenir : $U = V\sqrt{3}$ est valable uniquement en régime équilibré.

Kifach n3ref wach nst3mel couplage étoile awla triangle?
  1. Regarde la plaque signalétique du moteur.
  2. Si le réseau est 400V et le moteur est 230V/400V, tu dois coupler en Étoile (Y) pour appliquer 230V à chaque enroulement.
  3. Si le moteur est 400V/690V, tu dois coupler en Triangle ($\Delta$) pour appliquer 400V à chaque enroulement.

💡 À retenir : La tension la plus faible indiquée sur la plaque doit toujours se retrouver aux bornes d'un enroulement.

Pourquoi on multiplie par sqrt{3} dans les formules de puissance ?
  1. La puissance totale est la somme des puissances des trois phases : $P = 3 \cdot V \cdot I \cdot \cos\phi$.
  2. Comme $V = U/\sqrt{3}$, on remplace : $P = 3 \cdot (U/\sqrt{3}) \cdot I \cdot \cos\phi$.
  3. En simplifiant $3/\sqrt{3}$, on obtient $\sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \cos\phi$.

💡 À retenir : Le $\sqrt{3}$ provient de la relation géométrique entre les tensions simples et composées.

Wach dima I = J f couplage étoile ?

Oui, dans un couplage étoile, le courant qui circule dans la ligne ($I$) est le même que celui qui traverse l'enroulement ($J$), car ils sont en série.

💡 À retenir : En étoile, le courant de ligne est égal au courant de phase ($I=J$).

Kifach n7seb l'intensité f couplage triangle ?
  1. Calcule d'abord le courant dans une phase : $J = U / Z$ (où $Z$ est l'impédance de l'enroulement).
  2. Utilise la relation $I = J\sqrt{3}$ pour trouver le courant dans la ligne.

💡 À retenir : En triangle, le courant de ligne est $\sqrt{3}$ fois plus grand que le courant de phase.

Est-ce que le neutre est obligatoire dans un système triphasé ?

Non, si le système est parfaitement équilibré (trois impédances identiques), le courant dans le neutre est nul. On peut donc le supprimer.

💡 À retenir : Le neutre est indispensable si le système est déséquilibré pour maintenir les tensions simples constantes.

Comment calculer la puissance réactive totale ?
  1. Utilise la formule $Q = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \sin\phi$.
  2. Si tu connais $P$ et $\cos\phi$, tu peux aussi utiliser $Q = P \cdot \tan\phi$.

💡 À retenir : La puissance réactive est liée au déphasage entre tension et courant.

Si on change le couplage d'un moteur, est-ce que la puissance change ?

Oui, si tu changes la tension aux bornes des enroulements, le courant change, donc la puissance absorbée change. Attention à ne pas griller le moteur !

💡 À retenir : Toujours respecter la tension nominale de l'enroulement.

C'est quoi le facteur de puissance ?

C'est le rapport entre la puissance active ($P$) et la puissance apparente ($S$). Il indique quelle part de l'énergie électrique est réellement transformée en travail utile.

💡 À retenir : $\cos\phi = P/S$. Plus il est proche de 1, meilleur est le rendement de l'installation.

Est-ce que U est toujours 400V au Maroc ?

Oui, dans le réseau basse tension industriel et domestique marocain, la tension composée standard est de 400V (entre phases) et la tension simple est de 230V (phase-neutre).

💡 À retenir : Ces valeurs sont les standards nationaux de l'ONEE.

Comment calculer l'impédance d'une phase ?
  1. Identifie la tension aux bornes de l'enroulement ($V$ en étoile, $U$ en triangle).
  2. Identifie le courant dans l'enroulement ($I$ en étoile, $J$ en triangle).
  3. Applique $Z = V/I$ ou $Z = U/J$.

💡 À retenir : L'impédance $Z$ dépend des caractéristiques constructives de la machine.

Pourquoi on relève le facteur de puissance ?

Pour diminuer le courant en ligne ($I$) sans changer la puissance active, ce qui réduit les pertes par effet Joule dans les câbles et évite les pénalités de facturation.

💡 À retenir : Le relèvement se fait par ajout de condensateurs en parallèle (couplage triangle).

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un récepteur triphasé équilibré est couplé en étoile sur un réseau 400V/50Hz. Chaque phase est constituée d'une résistance $R = 20 \Omega$ en série avec une inductance $L = 0,1 \text{ H}$.

  1. Calculer l'impédance $Z$ d'une phase.
  2. Calculer le courant en ligne $I$.
  3. Calculer la puissance active totale $P$.
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Exercice 2

Un moteur triphasé absorbe 10 kW avec un $\cos\phi = 0,75$ sous 400V.

  1. Calculer le courant en ligne $I$.
  2. On veut relever le $\cos\phi$ à 0,95. Calculer la nouvelle puissance réactive $Q'$ et la puissance réactive des condensateurs $Q_c$ à installer.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Un récepteur triphasé est couplé en triangle sur un réseau 400V. Chaque phase est une résistance pure de $R = 50 \Omega$.

  1. Calculer le courant dans chaque phase $J$.
  2. Calculer le courant en ligne $I$.
  3. Calculer la puissance active totale $P$.
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