Pourquoi une transmission de puissance triphasée et non monophasée?

Pourquoi la transmission de puissance utilise-t-elle trois lignes avec trois phases différentes? Pourquoi pas trois lignes toutes dans la même phase? Cela a-t-il à voir avec les alternateurs utilisés pour générer l'énergie, ou y a-t-il moins de perte lorsque les phases des trois lignes sont toutes différentes?

^{Ma question est un peu l'inverse de " Pourquoi une alimentation triphasée? Pourquoi pas un plus grand nombre de phases? " (Cf. " Pourquoi le triphasé est-il décalé de 120 degrés? ").}

Pourquoi pas trois lignes toutes dans la même phase?

1. Parce qu'alors il n'y a pas de chemin de retour.
2. Parce que la phase unique n'a pas de "rotation". Triphasé, il est très simple de fabriquer un moteur rotatif avec une séquence de phases déterminant le sens de rotation. Échangez deux phases et la direction est inversée.

Y a-t-il moins de perte lorsque les phases des trois lignes sont toutes différentes?

1. La distribution d'énergie triphasée nécessite moins de cuivre ou d'aluminium pour transférer la même quantité d'énergie par rapport à l'alimentation monophasée.
2. La taille d'un moteur triphasé est plus petite que celle d'un moteur monophasé de même puissance.
3. Les moteurs triphasés démarrent automatiquement car ils peuvent produire un champ magnétique tournant. Le moteur monophasé nécessite un enroulement de démarrage spécial car il ne produit qu'un champ magnétique pulsé.
4. Dans les moteurs monophasés, la puissance transférée dans les moteurs est fonction de la puissance instantanée qui varie constamment. En triphasé, la puissance instantanée est constante.
5. Les moteurs monophasés sont plus sujets aux vibrations. Dans les moteurs triphasés, cependant, la puissance transférée est uniforme tout au long du cycle et, par conséquent, les vibrations sont considérablement réduites.
6. Les moteurs triphasés ont une meilleure régulation du facteur de puissance.
7. Triphasé permet une rectification CC efficace avec une faible ondulation.

Figure 1. CC résultant du redresseur triphasé.

8. Les générateurs bénéficient également en présentant une charge mécanique constante tout au long de la révolution, maximisant ainsi la puissance et minimisant les vibrations.

Bonne réponse de @Transistor. Pour en ajouter un peu plus: -

Le triphasé est intrinsèquement équilibré en courant et en tension d'un point de vue générant des interférences. À tout moment (et une charge raisonnablement équilibrée), l'émission magnétique est faible car tous les champs magnétiques s'annulent en raison de l'équilibre des courants.

Il y a un équilibre de tension net dans le champ lointain proche - important pour réduire les EMI. Ce n'est pas le cas d'un fil monophasé et de retour, car le champ de tension CA net vu dans le champ lointain proche est la moitié du champ CA à la borne sous tension. Cela peut générer des EMI.

De toute évidence, vous pouvez faire valoir que dans des conditions de déséquilibre, il y aura un champ magnétique net mais, pour contrer cela, sur une grande ligne de transmission à haute puissance, le déséquilibre ne sera normalement que de quelques pour cent maximum: -

Ainsi, pour une charge équilibrée de 30 A (par phase), en raison de l'équilibre de 120 degrés, la somme nette des trois phaseurs de courant individuels est nulle.

Un autre avantage est que lors de la conversion en CC, la phase 3 produit une tension d'ondulation beaucoup plus faible car il y a toujours deux diodes conductrices: -

Je vais concentrer ma réponse sur la transmission seule, sans expliquer pourquoi la phase 3 est utile en général parce que d'autres réponses l'ont fait.

La transmission de puissance est un compromis. Un compromis entre efficacité de transmission et facilité de conversion. Le moyen le plus efficace de transmettre l'énergie électrique est le courant continu. C'est pourquoi la plupart des lignes superlongues sont HVDC (courant continu haute tension). Cependant, DC est le pire pour le convertir en HV lorsque vous souhaitez l'envoyer à partir d'une centrale électrique, et de retour en BT lorsque vous souhaitez l'alimenter aux consommateurs.

L'AC d'autre part est très pratique à convertir - il suffit de mettre un transformateur. Cependant, la transmission est nulle. Par exemple. L'AC rayonne une partie de l'énergie, mais ce n'est pas la principale préoccupation. Si vous regardez le graphique sinusoïdal, vous vous rendrez compte que le fil CA ne fonctionne pas réellement à 100% du temps. Alors que le câble CC transporte tout le temps un courant utile (on peut considérer le CC comme un PWM à 100% de cycle de service), le câble CA ne transporte le courant qu'une partie du temps. Cela signifie que pour la même tension de crête (qui dicte le coût d'isolation de la ligne) et pour le même courant de crête (qui dicte la taille et le coût des conducteurs), le courant alternatif ne peut transmettre qu'une partie de la puissance.

Voici l'idée du multi-phase. Bien sûr, le multiphasé seul ne veut rien dire, vous pouvez avoir 3 phases sur 6 conducteurs (3 paires complètement indépendantes les unes des autres). La clé ici est le partage des fils entre les phases. C'est comme une couchette chaude sur un navire de guerre - 2 marins partagent 1 couchette, lorsqu'un gars se réveille et commence son quart de travail, l'autre termine son quart de travail et s'endort. Le point est de ne pas avoir de couchette vide, juste de gaspiller de l'espace, et le courant alternatif triphasé fonctionne sur le même concept: au moment où une phase "repose", une autre phase réutilise l'un de ses fils pour transmettre son propre courant. Ce n'est pas clair à première vue car il est très fluide, l'un tombant vers 0 tandis que les autres montent, et il n'y a jamais un moment où une phase comme un fil à elle toute seule. Mais le but est de réutiliser le temps d'inactivité des fils.

Pourquoi 3? Parce que 2 est trop petit, vous ne pouvez pas avoir 2 phases sur 2 fils. 3 est le nombre minimum de phases pouvant partager tous les fils. Pourquoi compenser? Parce qu'une phase sur X conducteurs est la même chose que 1 conducteur X fois plus épais.

Lorsque vous comparez le système triphasé à un système monophasé, vous pouvez clairement voir qu'avec l'ajout de 50% de fils supplémentaires, vous obtenez 3 fois plus de courant.

La transmission triphasée utilise les fils DEUX fois aussi efficacement que monophasée. Vous pouvez donc utiliser moitié moins de cuivre lors de la construction de la ligne.