8.1 : Circuits triphasés

Les systèmes de distribution d'énergie CA se divisent en trois catégories : les systèmes monophasés, biphasés et triphasés. Le circuit monophasé, courant dans les environnements résidentiels, utilise généralement un système à deux fils connectant une seule source CA à diverses charges. Ces circuits prennent en charge les appareils électroménagers standard fonctionnant à 120 volts (V) et 240 V, tels que les lampes, les téléviseurs et les micro-ondes. Les premiers générateurs de la centrale hydroélectrique de Niagara Falls installés en 1895 étaient biphasés et conçus par Nikola Tesla. Le système d'alimentation biphasé est moins courant et le système à trois fils intègre deux sources de tension déphasées l'une par rapport à l'autre de 90 degrés.

Le système triphasé à quatre fils est le plus répandu dans les applications industrielles. Ce système comprend trois sources CA identiques en amplitude et en fréquence mais présentant une différence de phase de 120 degrés entre elles. Les charges d'un tel système peuvent être connectées soit dans une configuration Y (étoile), soit dans une configuration triangle (Δ).

L'avantage des circuits triphasés réside dans leur efficacité et leur stabilité. Ils fournissent de la puissance avec des pulsations plus faibles que les systèmes monophasés, ce qui se traduit par une transmission de puissance plus fluide et une minimisation des vibrations, un facteur crucial pour les machines industrielles telles que les moteurs à induction. Un autre avantage est la quantité réduite de matériau conducteur nécessaire pour transmettre une quantité donnée de puissance, ce qui rend les systèmes triphasés plus rentables que leurs homologues monophasés.

La relation entre les tensions et courants de ligne et de phase dans les systèmes triphasés connectés en Y est donnée par :

Et pour les systèmes connectés en Δ :

Ces équations montrent la relation entre les tensions et les courants entre phases avec ceux de chaque phase, ce qui est essentiel lors du calcul de la puissance totale dans les systèmes triphasés. La puissance totale pour les connexions Y et Δ peut être trouvée en utilisant :

où ϕ est l'angle du facteur de puissance, qui affecte l'efficacité de la transmission de puissance.