Triphasé et mesure de puissance

DUT 1ère Année
2013/2014
IUT d’AIX - MARSEILLE
Dépt GEII Marseille
TP n° 17
Triphasé et mesure de puissance
Matériel : oscilloscope, multimètre, wattmètre FIWATT, platine Triphasé
Barème : II.1→ 2 pts ; II.2→ 4 pts ; III.1→ 4 pts ; III.2→ 2 pts ; III.3→ 4 pts ; III.4→ 2 pts
I. Description du matériel
1.
Platine Triphasé
non utilisé
non utilisé
Figure 1 : Éléments de la platine Triphasée
Les sources de tensions utilisées dans ce TP sont obtenues au secondaire d'un transformateur
triphasé dont le primaire est alimenté par le réseau triphasé 400 V, 50 Hz. Un câble alimente la
platine au moyen d’une fiche pentapolaire : les trois phases, le neutre et le conducteur de protection
(la terre). Cette fiche est raccordée au réseau par une prise murale.
La mise sous-tension ou hors tension du montage se fait par un interrupteur tétrapolaire (coupure
des trois phases et du neutre) au primaire du transformateur.
Pour des raisons de sécurité électrique, tout branchement quel qu'il soit avec des
cordons ou autre est interdit sur les bornes côté primaire (voir la figure 1).
Le secondaire du transformateur constitue un réseau très basse tension (TBT) triphasé d'environ
29 V, 50 Hz isolé du réseau 400 V (par l'isolation entre primaire et secondaire du transformateur).
Cette source triphasée étant isolée du réseau 400 V, on pourra y connecter l'oscilloscope.
La platine comporte des charges pouvant être connectées à la source TBT :
- trois résistances de 22 Ω ;
- trois inductances de 100 mH ;
- trois condensateurs de 110 µF.
Bien identifier les différentes parties de la platine avant de commencer le TP.
2.
Wattmètre
Le branchement d'un wattmètre en monophasé est rappelé à la figure 2.
Figure 2 : Branchement d'un wattmètre en monophasé
Pour mesurer la puissance, le wattmètre comporte en interne une sonde de tension et une sonde
de courant.
Figure 3 : Description du wattmètre
•
La sonde de tension permet de visualiser l'image de la tension uL2L1 sur la sortie u(t)
(connecteur BNC 20) avec 10 mV pour 1 V sur le calibre 50 V (bouton rotatif 9).
•
La sonde de courant permet de visualiser l'image du courant circulant de l'entrée 5A vers
l'entrée COM sur la sortie i(t) (connecteur BNC 19) avec 100 mV pour 1 A (bouton rotatif 8
sur le calibre 5A).
De plus :
• Les touches 3 et 4 enfoncées donnent l'affichage de la valeur efficace de u(t) ou de i(t).
• La touche 3 sortie donne l'affichage de la valeur moyenne de u(t) ou de i(t).
Il est important de choisir correctement le calibre du courant avant de mettre sous tension
sinon on détruit le calibre (de même qu'avec un multimètre utilisé en ampèremètre).
Rappels
Pour observer ou mesurer un courant, il faut ouvrir le circuit pour pouvoir connecter l'appareil. Par
sécurité, arrêter impérativement le triphasé de la platine avant de le faire.
Pour mesurer ou observer une tension, il suffit de connecter l'appareil en parallèle : il n’est pas
nécessaire d’arrêter le triphasé de la platine.
Remarque
Les tensions du secteur sont fluctuantes d'environ 4 % (222 V à 238 V). Il faut en tenir compte dans
la précision des résultats, ainsi que de la tolérance sur la valeur des charges
II. Préparation
1. Qu'appelle-t-on un système (de tensions v1, v2, v3 par exemple) triphasé équilibré ? Tracer
l’allure du diagramme de Fresnel d'un système triphasé direct.
Quelles relations existent-ils entre les valeurs efficaces des tensions entre phases et aux
bornes d’un élément, ainsi qu’entre les intensités efficaces des courants de lignes et dans un
élément pour:
a. un récepteur triphasé couplé en étoile,
b. un récepteur triphasé couplé en triangle ?
2. Donner le schéma de principe de la mesure de la puissance en triphasé équilibré 4 fils avec
un wattmètre, puis pour une ligne 3 fils par la méthode des deux wattmètres.
III.
Réseau de tension triphasé équilibré
1.a. Hors tension, coupler les trois enroulements en étoile. Faire vérifier.
1.b. Mettre sous tension et mesurer les valeurs efficaces des tensions composées (entre phases)
U12 , U23 et U31. Noter U la valeur commune (aux fluctuations près).
Mesurer les valeurs efficaces des tensions simples (entre phase et neutre, le neutre étant le
point commun des trois enroulements)) V1, V2 et V3. Noter V la valeur commune.
Vérifier la relation suivante :
Dans la suite du TP, le secondaire du transformateur restera couplé en étoile et sera qualifié de
source triphasée. Il constitue ainsi un réseau triphasé équilibré V/U - 50 Hz accessible par les trois
bornes 1, 2, 3 et le neutre N (figure 1).
2. Représentation temporelle et de Fresnel :
On prendra v1(t) comme référence des phases (c’est à dire arg v1 = 0 ). La tension v1(t) sera
directement appliquée à la voie 1 de l'oscilloscope. Les autres tensions seront visualisées sur la voie
2 de l’oscilloscope à partir de la sortie u(t) du wattmètre (figure 3).
a. Relever l’oscillogramme synchrone de v1(t), v2(t) et v3(t). Mesurer les déphasages de v2 et
v3 par rapport à v1.
b. Relever l’oscillogramme synchrone de v1(t) et u12(t). Mesurer le déphasage entre ces deux
signaux. Dans la suite on admet que les relevés sont identiques entre v2(t) et u23(t), de
même qu'entre v3(t) et u13(t).
c. A partir de ces relevés et mesures, tracer le diagramme de Fresnel des tensions simples et
composées du réseau ainsi constitué en prenant 1 cm pour 5 V.
IV.
Charge triphasée
La charge est constituée de trois dipôles identiques composés chacun d'une résistance de 22 Ω et
d’une inductance de 100 mH en série.
On notera vi’(t), avec i ∈{1, 2, 3}, la tension aux bornes d’un dipôle (valeur efficace commune
notée V’) et ji(t) le courant y circulant (valeur efficace commune notée J). Les courants circulant
dans les fils de ligne seront notés ii(t) (valeur efficace commune notée I) et le courant dans le fil de
neutre iN.
1. Couplage étoile
a. Représenter un schéma du montage lorsque la charge et la source sont reliés (fil de neutre
compris) en y faisant figurer la position des appareils nécessaires aux mesures de U, V’, J,
I et de la puissance active fournie à la charge P.
Remarque : le wattmètre permet non seulement la mesure de la puissance, mais aussi la
mesure d’une tension et d’une intensité. La mesure de l’intensité dans un dipôle, si
nécessaire, sera réalisée par la mesure de la tension aux bornes de la résistance de 22 Ω).
Faire vérifier avant de poursuivre.
b. Réaliser ce montage et les mesures correspondantes. En déduire la puissance apparente S,
la puissance réactive Q et le facteur de puissance fp = P/S.
c. Visualiser, par l’intermédiaire du wattmètre, la tension aux bornes d’un dipôle et le courant
y circulant. Mesurer le déphasage ϕ entre la tension et le courant (rappel : ϕ = Θu - Θi).
Comparer cosϕ et fP.
2. Intérêt du fil de neutre
Avec le multimètre, mesurer dans les deux cas suivants les tensions disponibles aux bornes des
trois éléments de la charge équilibrée. Pour cela, placer la borne com sur le point commun de
l’étoile (de la charge) et la borne + sur l’une des bornes 1, 2 ou 3 de la source.
a. fil de neutre présent,
b. fil de neutre supprimé.
Commenter les résultats.
Créer maintenant un déséquilibre en supprimant la connexion entre la borne 1 de la charge et la
source et reprendre les mesures précédentes.
c. fil de neutre présent,
d. fil de neutre supprimé.
Commenter et conclure sur l’utilité du fil de neutre.
3. Couplage triangle
a. Faire le schéma du circuit avec les trois dipôles couplés en triangle et alimentés par la
source. Faire vérifier le schéma.
Hors tension, réaliser le montage (remarquer que le fil de neutre ne peut pas être relié à la
charge) et le faire vérifier avant la mise sous tension.
On notera v’12, v’23 et v’31 les tensions aux bornes des éléments de la charge (valeur efficace
commune notée V’) et j12, j23 et j31 les courants y circulant (valeur efficace commune notée J).
b. Mesurer I, J ainsi que V’. Comparer I à J et V’ à U.
c. Relever l’oscillogramme synchrone de j12(t) (par visualisation de la tension aux bornes de
la résistance de 22 Ω) et i1(t) (sortie BNC i(t) du wattmètre). Mesurer le déphasage entre
ces deux signaux.
d. Mesurer P avec un wattmètre.
A partir des mesures précédentes, calculer S, Q et fP. Comparer les valeurs obtenues à
celles mesurées en couplage étoile et commenter.
e. Visualiser v1(t) et i1(t) et mesurer le déphasage ϕ1 correspondant. Comparer à l'argument
d'un dipôle.
4. Relèvement du facteur de puissance
a. Hors tension : brancher en parallèle sur la charge précédente les trois condensateurs de la
platine couplés préalablement en étoile.
b. Mettre sous tension et mesurer U, I et P en déduire S, Q et fP. Comparer avec les mesures
précédentes et conclure.

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