Comment convertir une alimentation monophasée en une alimentation triphasée

Aux États-Unis, la plupart du courant entrant dans les maisons des gens est du courant monophasé. Cependant, la puissance produite à la centrale électrique est une puissance triphasée. C'est l'idée derrière ces grandes lignes de transmission que vous voyez attachées à de hautes tours - ces lignes sont censées transmettre comme autant de tension que possible sur de longues distances avant que cette puissance ne soit « prélevée » et livrée aux quartiers à un prix considérablement réduit Tension.

L'alimentation monophasée est suffisante pour pratiquement tous les appareils électroménagers, tandis que les environnements industriels comportant des équipements lourds nécessitent une alimentation triphasée. Mais que se passe-t-il si vous avez besoin d'une alimentation triphasée et que tout ce que vous avez est l'alimentation monophasée entrant dans votre maison ?

• Les informations ici sont uniquement destinées à des fins académiques et non pédagogiques. N'essayez jamais ou ne modifiez jamais les fils électriques dans votre maison ou ailleurs, à moins que vous n'ayez été spécifiquement formé pour le travail.

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Imaginez-vous et deux de vos amis (évidemment ennuyés) marchant d'avant en arrière à une vitesse rapide de 2 mètres par seconde (environ 4,5 miles par heure) le long d'un chemin qui va du nord au sud et mesure 60 mètres d'un bout à l'autre finir. Chacun de vous commence au milieu de ce chemin, marche jusqu'à l'extrémité nord, revient au départ, continue marcher jusqu'à l'extrémité opposée et revenir au milieu, complétant ainsi un "tour" de 120 mètres, ou cycle. Parce que chacun d'entre vous marche à 2 mètres par seconde, un aller-retour prend exactement 60 secondes à chaque personne.

Supposons en outre qu'au point de départ, le « statut » de chacun de vous est zéro. Vous gagnez une unité de statut pour chaque mètre que vous marchez vers le nord et perdez une unité de statut pour chaque mètre que vous marchez vers le sud. Ainsi, chaque fois que l'un d'entre vous atteint l'extrémité nord du chemin, cette personne a un statut de 30, tandis que quiconque effectue le virage à l'extrémité sud a un statut de -30. Vous reconnaissez que vous pouvez vous séparer au maximum tous les trois en commençant 20 secondes d'intervalle, car chaque circuit prend 60 secondes et vous êtes trois, et 60 divisé par 3 est 20. Si vous faites l'algèbre, vous constatez que lorsque l'un de vous a maximisé son "statut" à une valeur de 30 en atteignant l'extrémité nord, les deux autres se croisent à mi-chemin le long de la section sud, l'une vers le nord et l'autre vers le sud, où chaque marcheur a un statut de -15. Si vous additionnez vos valeurs de statut à un moment donné, leur somme est de 30 + (-15) + (-15) = 0. Il est possible de montrer qu'en fait, la somme de toutes vos valeurs de statut à tout moment est 0 tant que vous êtes tous les trois parfaitement décalés comme décrit.

Cela offre un modèle de ce à quoi ressemble l'alimentation électrique triphasée, sauf que la "tension" est remplacé par "statut" et 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 constant non nul, même si les trois tensions individuelles s'additionnent à zéro à tout moment. Cette relation est :

P = V²/R

Ici, P est la puissance en watts, V est la tension en volts et R est la résistance électrique en unités appelées ohms. Vous pouvez voir que les tensions négatives contribuent à la puissance car la quadrature d'un nombre négatif donne une valeur positive. La puissance totale dans un système triphasé n'est que la somme de la puissance des trois valeurs de puissance individuelles de chaque phase.

De plus, si vous vous êtes déjà demandé comment le courant alternatif (AC) tire son nom, vous avez maintenant votre réponse. La tension n'est jamais stable dans les systèmes monophasés ou triphasés et, par conséquent, le courant non plus; ceux-ci sont liés par la loi d'Ohm, qui est V = IR, où I représente le courant en ampères ("ampères").

Pour étendre l'analogie de va-et-vient entre copains à une alimentation monophasée, imaginez simplement que deux de vos amis sont appelés à la maison pour dîner pendant que vous continuez à marcher, et voilà. Autrement dit, l'alimentation triphasée n'est littéralement que trois sources d'alimentation monophasées mutuellement décalées d'un tiers de cycle (ou en termes trigonométriques, de 120 degrés). Dans une alimentation monophasée, chaque fois que la tension simple devient brièvement nulle, la puissance de sortie le fait également. Vous comprenez peut-être maintenant pourquoi le petit électroménager, peu affecté par de très brèves interruptions de puissance, peuvent fonctionner sur une alimentation monophasée, tandis que les grosses machines qui fonctionnent à des niveaux de puissance (puissance) élevés ne peux pas; ils nécessitent une alimentation électrique importante et constante.

Tout ce qui précède est plus facilement compris en consultant un graphique de tension vs. temps pour une alimentation triphasée (voir Ressources). Dans ce graphique, les phases individuelles sont représentées par des lignes rouges, violettes et bleues. Leur somme est toujours nulle, mais la somme de leurs carrés est positive et constante. Ainsi, étant donné une valeur invariable 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 tensions à additionner et la tension monophasée passe par le point zéro 120 fois par seconde. À ces instants, la puissance tombe à zéro mais se rétablit assez rapidement pour que les petites lumières, les appareils électroménagers, etc. ne subissent pas d'interruptions notables.

Si vous avez un moteur triphasé dans un appareil plus grand tel qu'un compresseur d'air de taille industrielle et que vous n'avez pas un accès facile à alimentation triphasée en raison de la façon dont votre réseau local est configuré, il existe des solutions de contournement que vous pouvez utiliser 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 intelligent que d'autres solutions.)

De nombreux types de convertisseurs triphasés sont disponibles. L'un d'eux, un convertisseur statique, profite du fait que si un moteur triphasé ne peut pas démarrer en monophasé, il peut continuer à fonctionner en monophasé une fois démarré. Un convertisseur statique le fait à l'aide de condensateurs (dispositifs pouvant stocker la charge), ce qui permet au convertisseur statique remplacer l'une des phases, mais d'une manière inefficace qui est assurée de réduire la durée de vie effective du moteur portée. UNE convertisseur de phase rotatif, d'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 dans le parent machines mais génère à la place de l'énergie de sorte que l'ensemble de l'installation puisse imiter raisonnablement un système d'alimentation triphasé bien. Enfin, un variateur de fréquence (VFD) utilise des composants appelés onduleurs, qui peuvent être utilisés pour créer un courant alternatif à presque toutes les fréquences souhaitées et reproduire la plupart des conditions à l'intérieur d'un moteur triphasé standard.

Aucun de ces convertisseurs n'est parfait, pas plus qu'un couteau à pain ne peut être utilisé pour couper la viande avec facilité. Mais un couteau à pain est meilleur que vos mains nues, et ces convertisseurs sont donc bons à avoir sous la main si vous travaillez souvent avec des machines et des outils énergivores.