Alimentation électrique triphasée

L'énergie électrique triphasée (abrégé 3ϕ ) est un type courant de courant alternatif (CA) utilisé dans la production , la transmission et la distribution d'électricité . Il s'agit d'un type de système polyphasé utilisant trois fils (ou quatre, y compris un fil de retour neutre en option) et constitue la méthode la plus courante utilisée par les réseaux électriques du monde entier pour transférer l'énergie.

L'énergie électrique triphasée a été développée dans les années 1880 par plusieurs personnes. Dans ce type d'énergie, la tension de chaque fil est décalée de 120 degrés par rapport à chacun des autres fils. Comme il s'agit d'un système à courant alternatif, il permet d'augmenter facilement la tension à l'aide de transformateurs pour la transmission et de la réduire pour la distribution, ce qui donne un rendement élevé.

Un circuit triphasé à trois fils est généralement plus économique qu'un circuit monophasé à deux fils équivalent à la même tension phase-terre car il utilise moins de matériau conducteur pour transmettre une quantité donnée d'énergie électrique. L'énergie triphasée est principalement utilisée directement pour alimenter les gros moteurs à induction , d'autres moteurs électriques et d'autres charges lourdes. Les petites charges n'utilisent souvent qu'un circuit monophasé à deux fils, qui peut être dérivé d'un système triphasé.

Les conducteurs entre une source de tension et une charge sont appelés lignes, et la tension entre deux lignes est appelée tension de ligne . La tension mesurée entre une ligne et le neutre est appelée tension de phase . Par exemple, pour un service de 208/120 volts, la tension de ligne est de 208 volts et la tension de phase est de 120 volts.

Les systèmes électriques polyphasés ont été inventés indépendamment par Galileo Ferraris , Mikhail Dolivo-Dobrovolsky , Jonas Wenström , John Hopkinson , William Stanley Jr. et Nikola Tesla à la fin des années 1880.

L'énergie triphasée est issue du développement des moteurs électriques. En 1885, Galilée Ferraris effectuait des recherches sur les champs magnétiques rotatifs . Il expérimenta différents types de moteurs électriques asynchrones . Ses recherches et ses études aboutirent au développement d'un alternateur , qui peut être considéré comme un moteur à courant alternatif fonctionnant en sens inverse, de manière à convertir l'énergie mécanique (rotative) en énergie électrique (sous forme de courant alternatif). Le 11 mars 1888, Ferraris publia ses recherches dans un article à l'Académie royale des sciences de Turin .

Deux mois plus tard, Nikola Tesla obtint le brevet américain 381 968 pour une conception de moteur électrique triphasé, demande déposée le 12 octobre 1887. La figure 13 de ce brevet montre que Tesla envisageait que son moteur triphasé soit alimenté par le générateur via six fils.

Ces alternateurs fonctionnaient en créant des systèmes de courants alternatifs décalés les uns par rapport aux autres en fonction d'une certaine valeur de phase et dépendaient de champs magnétiques rotatifs pour leur fonctionnement. La source d'énergie polyphasée qui en résultait a rapidement été largement acceptée. L'invention de l'alternateur polyphasé est essentielle dans l'histoire de l'électrification, tout comme celle du transformateur de puissance. Ces inventions ont permis de transmettre l'électricité par fil de manière économique sur des distances considérables. L'énergie polyphasée a permis d'utiliser l'énergie hydraulique (via des centrales hydroélectriques dans de grands barrages) dans des endroits reculés, permettant ainsi de convertir l'énergie mécanique de l'eau qui tombe en électricité, qui pouvait ensuite être transmise à un moteur électrique à n'importe quel endroit où un travail mécanique devait être effectué. Cette polyvalence a déclenché la croissance des réseaux de transport d'électricité sur les continents du monde entier.

En 1888, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky a développé un générateur électrique triphasé et un moteur électrique triphasé et a étudié les connexions en étoile et en triangle . Son système de transmission triphasé à trois fils a été présenté en 1891 en Allemagne à l' Exposition électrotechnique internationale , où Dolivo-Dobrovolsky a utilisé le système pour transmettre l'énergie électrique à une distance de 176 km (110 miles) avec une efficacité de 75 % . En 1891, il a également créé un transformateur triphasé et un moteur à induction court-circuité ( à cage d'écureuil ) . centrale hydroélectrique triphasée au monde en 1891. L'inventeur Jonas Wenström a reçu en 1890 un brevet suédois sur le même système triphasé. La possibilité de transférer l'énergie électrique d'une cascade à distance a été explorée à la mine de Grängesberg .Une chute de 45 m à Hällsjön, commune de Smedjebackens, où se trouvait une petite usine sidérurgique, a été choisie. En 1893, une centrale triphasée a été mise en service.Le système 9,5 kV a été utilisé pour transférer 400 chevaux (300 kW) sur une distance de 15 km (10 miles), devenant ainsi la première application commerciale.

Dans un système d'alimentation électrique triphasé symétrique, trois conducteurs transportent chacun un courant alternatif de même fréquence et de même amplitude de tension par rapport à une référence commune, mais avec une différence de phase d'un tiers de cycle (soit 120 degrés de déphasage) entre chacun. La référence commune est généralement reliée à la terre et souvent à un conducteur porteur de courant appelé neutre. En raison de la différence de phase, la tension sur n'importe quel conducteur atteint son pic un tiers de cycle après l'un des autres conducteurs et un tiers de cycle avant le conducteur restant. Ce retard de phase permet un transfert de puissance constant vers une charge linéaire équilibrée. Il permet également de produire un champ magnétique rotatif dans un moteur électrique et de générer d'autres dispositions de phase à l'aide de transformateurs (par exemple, un système biphasé utilisant un transformateur Scott-T ). L'amplitude de la différence de tension entre deux phases est multipliée par l'amplitude de la tension des phases individuelles.

Les systèmes triphasés symétriques décrits ici sont simplement appelés systèmes triphasés car, bien qu'il soit possible de concevoir et de mettre en œuvre des systèmes d'alimentation triphasés asymétriques (c'est-à-dire avec des tensions ou des déphasages inégaux), ils ne sont pas utilisés dans la pratique car ils ne présentent pas les avantages les plus importants des systèmes symétriques.

Dans un système triphasé alimentant une charge équilibrée et linéaire, la somme des courants instantanés des trois conducteurs est nulle. En d'autres termes, le courant dans chaque conducteur est égal en intensité à la somme des courants dans les deux autres, mais avec le signe opposé. Le chemin de retour du courant dans n'importe quel conducteur de phase est les deux autres conducteurs de phase.

Un transfert de puissance constant est possible avec n'importe quel nombre de phases supérieur à un. Cependant, les systèmes biphasés n'ont pas d'annulation du courant neutre et utilisent donc les conducteurs de manière moins efficace, et plus de trois phases compliquent inutilement l'infrastructure. De plus, dans certains générateurs et moteurs pratiques, deux phases peuvent entraîner un couple moins régulier (pulsatoire).

Les systèmes triphasés peuvent avoir un quatrième fil, courant dans la distribution basse tension. Il s'agit du fil neutre . Le neutre permet de fournir trois alimentations monophasées distinctes à une tension constante et est couramment utilisé pour alimenter plusieurs charges monophasées . Les connexions sont disposées de manière à ce que, dans la mesure du possible, dans chaque groupe, une puissance égale soit tirée de chaque phase. Plus haut dans le système de distribution , les courants sont généralement bien équilibrés. Les transformateurs peuvent être câblés pour avoir un secondaire à quatre fils et un primaire à trois fils, tout en autorisant des charges déséquilibrées et les courants neutres associés côté secondaire.

Le câblage triphasé est généralement identifié par des couleurs qui varient selon le pays et la tension. Les phases doivent être connectées dans le bon ordre pour obtenir le sens de rotation prévu des moteurs triphasés. Par exemple, les pompes et les ventilateurs ne fonctionnent pas comme prévu en sens inverse. Il est nécessaire de conserver l'identité des phases si deux sources peuvent être connectées en même temps. Une connexion directe entre deux phases différentes constitue un court-circuit et entraîne un flux de courant déséquilibré.

Par rapport à une alimentation CA monophasée qui utilise deux conducteurs porteurs de courant (phase et neutre ), une alimentation triphasée sans neutre et avec la même tension phase-terre et la même capacité de courant par phase peut transmettre trois fois plus d'énergie en utilisant seulement 1,5 fois plus de fils (c'est-à-dire trois au lieu de deux). Ainsi, le rapport entre la capacité et le matériau conducteur est doublé. Le rapport entre la capacité et le matériau conducteur augmente à 3:1 avec un système triphasé non mis à la terre et un système monophasé avec mise à la terre centrale (ou 2,25:1 si les deux utilisent des mises à la terre de même calibre que les conducteurs). Cela conduit à une efficacité plus élevée, un poids plus faible et des formes d'onde plus propres.

Les alimentations triphasées ont des propriétés qui les rendent recherchées dans les systèmes de distribution d'énergie électrique :

• Les courants de phase ont tendance à s'annuler, s'annulant dans le cas d'une charge linéaire équilibrée, ce qui permet de réduire la taille du conducteur neutre car il ne transporte que peu ou pas de courant. Avec une charge équilibrée, tous les conducteurs de phase transportent le même courant et peuvent donc avoir la même taille.
• Le transfert de puissance dans une charge linéaire équilibrée est constant, ce qui, dans les applications moteur/générateur, contribue à réduire les vibrations.
• Les systèmes triphasés peuvent produire un champ magnétique rotatif avec une direction spécifiée et une amplitude constante, ce qui simplifie la conception des moteurs électriques, car aucun circuit de démarrage n'est requis.

Cependant, la plupart des charges sont monophasées. En Amérique du Nord, les maisons unifamiliales et les appartements individuels sont alimentés en monophasé par le réseau électrique et utilisent un système à phase séparée jusqu'au panneau électrique à partir duquel la plupart des circuits de dérivation transportent 120 V. Les circuits conçus pour des appareils plus puissants tels que les cuisinières, les sèche-linge ou les prises pour véhicules électriques transportent 240 V.

En Europe, l'énergie triphasée est normalement délivrée au tableau électrique et ensuite aux appareils de plus grande puissance.

Dans une centrale électrique , un générateur électrique convertit la puissance mécanique en un ensemble de trois courants électriques alternatifs , un provenant de chaque bobine (ou enroulement) du générateur. Les enroulements sont disposés de telle sorte que les courants soient à la même fréquence mais avec les pics et les creux de leurs formes d'onde décalés pour fournir trois courants complémentaires avec une séparation de phase d'un tiers de cycle ( 120° ou 2π ⁄ 3 radians ). La fréquence du générateur est généralement de 50 ou 60 Hz , selon le pays.

Dans la centrale électrique, les transformateurs modifient la tension des générateurs à un niveau adapté à la transmission afin de minimiser les pertes.

Après d'autres conversions de tension dans le réseau de transmission, la tension est finalement transformée à l'utilisation standard avant que l'électricité ne soit fournie aux clients.

La plupart des alternateurs automobiles génèrent du courant alternatif triphasé et le redressent en courant continu avec un pont de diodes .

Un enroulement de transformateur connecté en « triangle » (Δ) est connecté entre les phases d'un système triphasé. Un transformateur en « étoile » (Y) relie chaque enroulement d'un fil de phase à un point neutre commun.

On peut utiliser un seul transformateur triphasé ou trois transformateurs monophasés.

Dans un système en « delta ouvert » ou en « V », seuls deux transformateurs sont utilisés. Un delta fermé composé de trois transformateurs monophasés peut fonctionner en delta ouvert si l'un des transformateurs est en panne ou doit être retiré. Dans un delta ouvert, chaque transformateur doit transporter le courant de ses phases respectives ainsi que le courant de la troisième phase, la capacité est donc réduite à 87 %. Avec l'absence d'un des trois transformateurs et les deux autres à 87 % d'efficacité, la capacité est de 58 % ( 2 ⁄ 3 de 87 %).

Lorsqu'un système alimenté en triangle doit être mis à la terre pour détecter un courant parasite à la terre ou pour se protéger des surtensions, un transformateur de mise à la terre (généralement un transformateur en zigzag ) peut être connecté pour permettre aux courants de défaut à la terre de revenir de n'importe quelle phase à la terre. Une autre variante est un système en triangle « à mise à la terre en angle », qui est un triangle fermé mis à la terre à l'une des jonctions des transformateurs.

Il existe deux configurations triphasées de base : en étoile (Y) et en triangle (Δ). Comme le montre le schéma, une configuration en triangle ne nécessite que trois fils pour la transmission, mais une configuration en étoile (Y) peut avoir un quatrième fil. Le quatrième fil, s'il est présent, est fourni comme neutre et est normalement mis à la terre. Les désignations à trois et quatre fils ne tiennent pas compte du fil de terre présent au-dessus de nombreuses lignes de transmission, qui sert uniquement à la protection contre les défauts et ne transporte pas de courant dans des conditions normales d'utilisation.

Un système à quatre fils avec des tensions symétriques entre la phase et le neutre est obtenu lorsque le neutre est connecté au « point étoile commun » de tous les enroulements d'alimentation. Dans un tel système, les trois phases auront la même amplitude de tension par rapport au neutre. D'autres systèmes non symétriques ont été utilisés.

Le système en étoile à quatre fils est utilisé lorsqu'un mélange de charges monophasées et triphasées doit être desservi, comme des charges mixtes d'éclairage et de moteur. Un exemple d'application est la distribution locale en Europe (et ailleurs), où chaque client peut être alimenté uniquement par une phase et le neutre (qui est commun aux trois phases). Lorsqu'un groupe de clients partageant le neutre consomme des courants de phase inégaux, le fil neutre commun transporte les courants résultant de ces déséquilibres. Les ingénieurs électriciens essaient de concevoir le système électrique triphasé pour un emplacement donné de manière à ce que la puissance tirée de chacune des trois phases soit la même, autant que possible sur ce site. Les ingénieurs électriciens essaient également d'organiser le réseau de distribution de manière à ce que les charges soient autant que possible équilibrées, car les mêmes principes qui s'appliquent aux locaux individuels s'appliquent également au système de distribution électrique à grande échelle. Par conséquent, les autorités de distribution font tout leur possible pour répartir la puissance tirée sur chacune des trois phases sur un grand nombre de locaux de manière à ce qu'en moyenne, une charge aussi équilibrée que possible soit observée au point d'alimentation.

Pour un usage domestique, certains pays comme le Royaume-Uni peuvent fournir une phase et un neutre à un courant élevé (jusqu'à 100 A ) à une propriété, tandis que d'autres comme l'Allemagne peuvent fournir 3 phases et un neutre à chaque client, mais à un calibre de fusible inférieur, généralement 40 à 63 A par phase, et « tourné » pour éviter l'effet selon lequel une charge plus importante a tendance à être appliquée sur la première phase.

Basé sur une connexion en étoile (Y) et en triangle (Δ). En général, il existe quatre types différents de connexions d'enroulement de transformateur triphasé à des fins de transmission et de distribution :

• étoile (Y) – l'étoile (Y) est utilisée pour les petits courants et les hautes tensions,
• Delta (Δ) – Delta (Δ) est utilisé pour les courants élevés et les basses tensions,
• Le delta (Δ) – étoile (Y) est utilisé pour les transformateurs élévateurs, c'est-à-dire dans les centrales électriques,
• L'axe Y (Y) – Delta (Δ) est utilisé pour les transformateurs abaisseurs, c'est-à-dire en fin de transmission.

En Amérique du Nord, une alimentation delta à branche haute est parfois utilisée lorsqu'un enroulement d'un transformateur connecté en triangle alimentant la charge est à prise centrale et que cette prise centrale est mise à la terre et connectée comme neutre comme indiqué dans le deuxième schéma. Cette configuration produit trois tensions différentes : si la tension entre la prise centrale (neutre) et chacune des prises supérieure et inférieure (phase et antiphase) est de 120 V (100 %), la tension aux bornes des lignes de phase et d'antiphase est de 240 V (200 %), et la tension du neutre à la « branche haute » est d'environ 208 V (173 %).

La raison pour laquelle une alimentation en triangle est nécessaire est généralement d'alimenter de gros moteurs nécessitant un champ rotatif. Cependant, les locaux concernés nécessiteront également des alimentations nord-américaines « normales » de 120 V, dont deux sont dérivées (180 degrés « hors phase ») entre le « neutre » et l'un des points de phase à prise médiane.

Dans le cas d'un équilibre parfait, les trois lignes partagent des charges équivalentes. En examinant les circuits, nous pouvons déduire les relations entre la tension et le courant de ligne, ainsi que la tension et le courant de charge pour les charges connectées en étoile et en triangle.

Dans un système équilibré, chaque ligne produira des amplitudes de tension égales à des angles de phase également espacés les uns des autres. Avec V ₁ comme référence et V ₃ en retard sur V ₂ en retard sur V ₁ , en utilisant la notation angulaire , et V _LN la tension entre la ligne et le neutre, nous avons :

Ces tensions alimentent une charge connectée en étoile ou en triangle.

La tension vue par la charge dépendra de la connexion de la charge ; pour le cas en étoile, la connexion de chaque charge à une tension de phase (ligne-neutre) donne

où Z _total est la somme des impédances de ligne et de charge ( Z _total = Z _LN + Z _Y ), et θ est la phase de l'impédance totale ( Z _total ).

La différence d'angle de phase entre la tension et le courant de chaque phase n'est pas nécessairement égale à 0 et dépend du type d'impédance de charge, Z _y . Les charges inductives et capacitives entraîneront un retard ou une avance du courant par rapport à la tension. Cependant, l'angle de phase relatif entre chaque paire de lignes (1 à 2, 2 à 3 et 3 à 1) sera toujours de −120°.

En appliquant la loi de Kirchhoff (KCL) au nœud neutre, les courants triphasés s'additionnent pour former le courant total dans la ligne neutre. Dans le cas équilibré :

Dans le circuit delta, les charges sont connectées aux lignes et voient donc les tensions entre lignes :

(Φ _v1 est le déphasage de la première tension, généralement considéré comme étant de 0° ; dans ce cas, Φ _v2 = −120° et Φ _v3 = −240° ou 120°.)

Plus loin:

où θ est la phase de l'impédance delta ( Z _Δ ).

Les angles relatifs sont préservés, donc I ₃₁ est en retard de 120° sur I _{23 et} I _{12. Le calcul des courants de ligne en utilisant KCL à chaque nœud delta donne}

et de même pour chaque autre ligne :

où, encore une fois, θ est la phase de l'impédance delta ( Z _Δ ).

L'inspection d'un diagramme de phase, ou la conversion de la notation de phase à la notation complexe, met en lumière comment la différence entre deux tensions phase-neutre produit une tension phase-phase supérieure d'un facteur √ 3. Lorsqu'une configuration delta connecte une charge entre les phases d'un transformateur, elle délivre la différence de tension phase-phase, qui est √ 3 fois supérieure à la tension phase-neutre délivrée à une charge dans la configuration en étoile. Comme la puissance transférée est V ² / Z , l'impédance dans la configuration delta doit être 3 fois supérieure à ce qu'elle serait dans une configuration en étoile pour que la même puissance soit transférée.

Sauf dans un système delta à branches hautes et un système delta à mise à la terre en angle, des charges monophasées peuvent être connectées sur deux phases quelconques, ou une charge peut être connectée de la phase au neutre. La répartition des charges monophasées entre les phases d'un système triphasé équilibre la charge et permet une utilisation plus économique des conducteurs et des transformateurs.

Dans un système symétrique triphasé à quatre fils en étoile, les trois conducteurs de phase ont la même tension par rapport au neutre du système. La tension entre les conducteurs de ligne est √ 3 fois la tension entre le conducteur de phase et le neutre :

Les courants qui reviennent des locaux des clients vers le transformateur d'alimentation partagent tous le fil neutre. Si les charges sont réparties uniformément sur les trois phases, la somme des courants de retour dans le fil neutre est approximativement nulle. Toute charge de phase déséquilibrée du côté secondaire du transformateur utilisera la capacité du transformateur de manière inefficace.

Si le neutre de l'alimentation est rompu, la tension phase-neutre n'est plus maintenue. Les phases avec une charge relative plus élevée subiront une tension réduite, et les phases avec une charge relative plus faible subiront une tension élevée, jusqu'à la tension phase-phase.

Un delta à jambe haute fournit une relation phase-neutre de V _LL = 2  V _LN  , cependant, la charge LN est imposée sur une phase. Une page du fabricant du transformateur suggère que la charge LN ne dépasse pas 5 % de la capacité du transformateur.

Étant donné que √ 3 ≈ 1,73, définir V _LN à 100 % donne V _LL ≈ 100 % × 1,73 = 173 % . Si V _LL a été défini à 100 %, alors V _LN ≈ 57,7 % .

Lorsque les courants sur les trois fils sous tension d'un système triphasé ne sont pas égaux ou ne sont pas exactement à un angle de phase de 120°, la perte de puissance est plus importante que pour un système parfaitement équilibré. La méthode des composantes symétriques est utilisée pour analyser les systèmes déséquilibrés.

Avec des charges linéaires, le neutre ne transporte que le courant en raison du déséquilibre entre les phases. Les lampes à décharge de gaz et les appareils qui utilisent un condensateur redresseur comme les alimentations à découpage , les ordinateurs, les équipements de bureau et autres produisent des harmoniques du troisième ordre qui sont en phase sur toutes les phases d'alimentation. Par conséquent, ces courants harmoniques s'ajoutent au neutre dans un système en étoile (ou dans le transformateur mis à la terre (en zigzag) dans un système en triangle), ce qui peut entraîner un dépassement du courant de phase par rapport au courant de neutre.

Une classe importante de charges triphasées est le moteur électrique . Un moteur à induction triphasé a une conception simple, un couple de démarrage intrinsèquement élevé et un rendement élevé. De tels moteurs sont utilisés dans l'industrie pour de nombreuses applications. Un moteur triphasé est plus compact et moins coûteux qu'un moteur monophasé de la même classe de tension et de la même puissance nominale, et les moteurs monophasés à courant alternatif de plus de 10 ch (7,5 kW) sont rares. Les moteurs triphasés vibrent également moins et durent donc plus longtemps que les moteurs monophasés de même puissance utilisés dans les mêmes conditions.

Les charges de chauffage résistives telles que les chaudières électriques ou le chauffage des locaux peuvent être raccordées à des systèmes triphasés. L'éclairage électrique peut également être raccordé de la même manière.

Le scintillement de la fréquence de ligne dans la lumière est préjudiciable aux caméras à grande vitesse utilisées dans la diffusion d'événements sportifs pour les ralentis . Il peut être réduit en répartissant uniformément les sources lumineuses fonctionnant à la fréquence de ligne sur les trois phases de sorte que la zone éclairée soit éclairée par les trois phases. Cette technique a été appliquée avec succès aux Jeux olympiques de Pékin en 2008.

Les redresseurs peuvent utiliser une source triphasée pour produire une sortie CC à six impulsions. La sortie de ces redresseurs est beaucoup plus régulière que celle d'un redresseur monophasé et, contrairement au monophasé, ne tombe pas à zéro entre les impulsions. Ces redresseurs peuvent être utilisés pour charger des batteries, des processus d'électrolyse tels que la production d'aluminium et le four à arc électrique utilisé dans la fabrication de l'acier , ainsi que pour faire fonctionner des moteurs à courant continu. Les transformateurs en zigzag peuvent produire l'équivalent d'un redressement à six phases à onde complète, douze impulsions par cycle, et cette méthode est parfois utilisée pour réduire le coût des composants de filtrage, tout en améliorant la qualité du courant continu résultant.

Dans de nombreux pays européens, les cuisinières électriques sont généralement conçues pour une alimentation triphasée avec connexion permanente. Les unités de chauffage individuelles sont souvent connectées entre phase et neutre pour permettre la connexion à un circuit monophasé si le triphasé n'est pas disponible. Les autres charges triphasées courantes dans le domaine domestique sont les systèmes de chauffage de l'eau sans réservoir et les chauffe-eau à accumulation . Les maisons en Europe ont normalisé une tension nominale de 230 V ±10 % entre n'importe quelle phase et la terre. La plupart des groupes de maisons sont alimentés par un transformateur de rue triphasé, de sorte que les locaux individuels ayant une demande supérieure à la moyenne peuvent être alimentés par une connexion de deuxième ou de troisième phase.

Les convertisseurs de phase sont utilisés lorsque des équipements triphasés doivent être alimentés par une source d'alimentation monophasée. Ils sont utilisés lorsque l'alimentation triphasée n'est pas disponible ou que le coût n'est pas justifiable. De tels convertisseurs peuvent également permettre de faire varier la fréquence, ce qui permet de contrôler la vitesse. Certaines locomotives ferroviaires utilisent une source monophasée pour alimenter des moteurs triphasés alimentés par un entraînement électronique.

Un convertisseur de phase rotatif est un moteur triphasé doté d'un dispositif de démarrage spécial et d' une correction du facteur de puissance qui produit des tensions triphasées équilibrées. Lorsqu'ils sont bien conçus, ces convertisseurs rotatifs peuvent permettre un fonctionnement satisfaisant d'un moteur triphasé sur une source monophasée. Dans un tel dispositif, le stockage d'énergie est assuré par l' inertie (effet volant) des composants rotatifs. Un volant d'inertie externe est parfois présent à l'une ou aux deux extrémités de l'arbre.

Un générateur triphasé peut être entraîné par un moteur monophasé. Cette combinaison moteur-générateur peut assurer une fonction de changement de fréquence ainsi qu'une conversion de phase, mais nécessite deux machines avec tous leurs frais et pertes. La méthode moteur-générateur peut également former une alimentation électrique sans interruption lorsqu'elle est utilisée en conjonction avec un grand volant d'inertie et un moteur à courant continu alimenté par batterie ; une telle combinaison fournira une puissance presque constante par rapport à la chute de fréquence temporaire subie par un groupe électrogène de secours jusqu'à ce que le générateur de secours se mette en marche.

Les condensateurs et les autotransformateurs peuvent être utilisés pour approximer un système triphasé dans un convertisseur de phase statique, mais la tension et l'angle de phase de la phase supplémentaire ne peuvent être utiles que pour certaines charges.

Les variateurs de fréquence et les convertisseurs de phase numériques utilisent des dispositifs électroniques de puissance pour synthétiser une alimentation triphasée équilibrée à partir d'une alimentation d'entrée monophasée.

La vérification de l'ordre des phases dans un circuit est d'une importance pratique considérable. Deux sources d'énergie triphasée ne doivent pas être connectées en parallèle à moins qu'elles n'aient le même ordre de phases, par exemple lors de la connexion d'un générateur à un réseau de distribution sous tension ou lors de la connexion de deux transformateurs en parallèle. Sinon, l'interconnexion se comportera comme un court-circuit et un courant excessif circulera. Le sens de rotation des moteurs triphasés peut être inversé en intervertissant deux phases quelconques ; il peut être peu pratique ou dangereux de tester une machine en mettant momentanément le moteur sous tension pour observer sa rotation. L'ordre des phases de deux sources peut être vérifié en mesurant la tension entre des paires de bornes et en observant que les bornes avec une tension très faible entre elles auront la même phase, tandis que les paires qui présentent une tension plus élevée sont sur des phases différentes.

Lorsque l'identité absolue de la phase n'est pas requise, des instruments de test de rotation de phase peuvent être utilisés pour identifier la séquence de rotation avec une seule observation. L'instrument de test de rotation de phase peut contenir un moteur triphasé miniature, dont le sens de rotation peut être directement observé à travers le boîtier de l'instrument. Un autre modèle utilise une paire de lampes et un réseau de déphasage interne pour afficher la rotation de phase. Un autre type d'instrument peut être connecté à un moteur triphasé hors tension et peut détecter les petites tensions induites par le magnétisme résiduel, lorsque l'arbre du moteur est tourné à la main. Une lampe ou d'autres voyants lumineux indiquent la séquence de tensions aux bornes pour le sens de rotation de l'arbre donné.

Alimentation électrique en phase divisée

Utilisé lorsque l'alimentation triphasée n'est pas disponible et permet de fournir le double de la tension d'utilisation normale pour les charges de haute puissance.

Alimentation électrique biphasée

Utilise deux tensions alternatives, avec un déphasage de 90 degrés électriques entre elles. Les circuits biphasés peuvent être câblés avec deux paires de conducteurs, ou deux fils peuvent être combinés, ce qui ne nécessite que trois fils pour le circuit. Les courants dans le conducteur commun s'ajoutent à 1,4 fois ( ) le courant dans les phases individuelles, de sorte que le conducteur commun doit être plus grand. Les systèmes biphasés et triphasés peuvent être interconnectés par un transformateur Scott-T , inventé par Charles F. Scott . Les toutes premières machines à courant alternatif, notamment les premiers générateurs à Niagara Falls , utilisaient un système biphasé, et certains systèmes de distribution biphasés subsistent encore, mais les systèmes triphasés ont remplacé le système biphasé pour les installations modernes.

Puissance monocyclique

Système d'alimentation biphasé modifié asymétrique utilisé par General Electric vers 1897, défendu par Charles Proteus Steinmetz et Elihu Thomson . Ce système a été conçu pour éviter la violation de brevet. Dans ce système, un générateur était enroulé avec un enroulement monophasé pleine tension destiné aux charges d'éclairage et avec une petite fraction (généralement 1/4 de la tension de ligne) d'enroulement qui produisait une tension en quadrature avec les enroulements principaux. L'intention était d'utiliser cet enroulement supplémentaire de « fil d'alimentation » pour fournir le couple de démarrage des moteurs à induction, l'enroulement principal fournissant l'énergie pour les charges d'éclairage. Après l'expiration des brevets de Westinghouse sur les systèmes de distribution d'énergie biphasés et triphasés symétriques, le système monocyclique est tombé en désuétude ; il était difficile à analyser et n'a pas duré assez longtemps pour qu'un comptage d'énergie satisfaisant soit développé.

Systèmes à ordre de phase élevé

Ces lignes ont été construites et testées pour la transmission d'énergie. De telles lignes de transmission utilisent généralement six ou douze phases. Les lignes de transmission à ordre de phase élevé permettent de transférer une puissance légèrement inférieure à une puissance proportionnellement plus élevée à travers un volume donné sans les frais d'un convertisseur de courant continu haute tension (CCHT) à chaque extrémité de la ligne. Cependant, elles nécessitent en conséquence plus d'équipements.

DC

Le courant alternatif a été utilisé historiquement parce qu'il pouvait être facilement transformé en tensions plus élevées pour la transmission sur de longues distances. Cependant, l'électronique moderne peut augmenter la tension du courant continu avec une grande efficacité, et le courant continu n'a pas d'effet de peau, ce qui permet aux câbles de transmission d'être plus légers et moins chers. Ainsi, le courant continu haute tension entraîne moins de pertes sur de longues distances.

Les conducteurs d'un système triphasé sont généralement identifiés par un code couleur, afin de faciliter la charge équilibrée et d'assurer la rotation correcte des phases des moteurs . Les couleurs utilisées peuvent être conformes à la norme internationale IEC 60446 (ultérieurement IEC 60445 ), à des normes plus anciennes ou à aucune norme du tout et peuvent varier même au sein d'une même installation. Par exemple, aux États-Unis et au Canada, des codes couleur différents sont utilisés pour les systèmes mis à la terre et les systèmes non mis à la terre.