TP 3 : Angle de déphasage et chute de tension entre Générateur et

6GEI700
Automne 2013
6GEI700 : Transport et Exploitation d’Énergie Électrique
TP 3 : Angle de déphasage et chute de tension entre
Générateur et Récepteur
But
1. Pour réguler la tension au récepteur.
2. Pour observer l’angle de déphasage entre les tensions au générateur et récepteur d’une ligne
de transmission.
3. Pour observer la chute de tension le long d’une ligne de transmission lorsque les tensions au
générateur et récepteur possèdent la même amplitude.
Discussion
Dans l’expérience précédente, nous avons vu qu’une charge résistive ou inductive connectée à une
ligne de transmission produit une grande chute de tension, qui pourrait être intolérable sous certaines
conditions pratiques. Les moteurs, les relais et les lampes électriques fonctionnent correctement
seulement sous des conditions de tensions stables, proche de la tension nominale assignée.
Nous devons alors réguler la tension au niveau du récepteur de la ligne de transmission de manière à
la rendre aussi constante que possible. Une approche qui paraît prometteuse, est de connecter des
capacités en bout de la ligne de transmission, en effet, comme nous l’avons vu dans le TP. 2, ces
capacités produisent une élévation de tension significative. Ceci, en effet, est une voie par laquelle la
tension au niveau du récepteur est régulée dans des cas pratiques. Des capacités statiques sont
connectées ou déconnectées durant la journée et leur valeur est ajustée pour maintenir constante la
tension au niveau du récepteur.
Pour des charges purement inductives, les capacités devraient délivrer une puissance réactive égale
à celle consommée par ces charges inductives. Ceci produit un effet de résonance parallèle dans
lequel la puissance réactive requise par la charge inductive est, en effet, délivrée par la capacitance et
rien n’est fourni par la ligne de transmission.
Pour les charges résistives, la puissance réactive, que doit délivrer les capacités pour réguler la
tension, n’est pas facile à calculer. Au cours de cette expérience, nous déterminerons la puissance
réactive par tâtonnement, en ajustant les capacités jusqu’à ce que la tension du récepteur soit égale à
celle du générateur (source).
Finalement, pour les charges consommant à la fois une puissance active et réactive (ce sont les plus
communes) les capacités doivent être prévues pour compenser d'abord, le composant inductif de la
charge et en second lieu, le composant résistif.
INSTRUMENTS ET COMPOSANTS
Module de source de puissance (120/208 V 3φ, 0-120/208 V 3φ)
Module resistance
Module de ligne de transmission triphasée
Module de capacité
Module de mesure AC (250 V / 250 V / 250 V)
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EMS 8821
EMS 8311
EMS 8329
EMS 8331
EMS 8426
PAGE 1
Module de Watt-Varmètre triphasé (300 W - 300 var)
Appareil de mesure d’angle de déphasage
Fils de raccordement
EMS 8446
EMS 8451
EMS 9128
EXPÉRIENCES
Attention : La haute Tension est utilisée dans cette expérience de laboratoire ! Ne pas effectuer
des connexions sous tension !
‰
3-1) Régler l’impédance de la ligne de transmission à 120 Ω et connecter les voltmètres et
wattmètres comme indiqué à la Fig. 3-1. La charge sera modifiée au cours de cette expérience. Le
circuit devrait être connecté à la source de tension alternative triphasée.
EMS 8451
1
0 – 250 V
2
θ
3
0 – 250 V
4
E2
4
1
5
2
6
3
W1
var1
EMS 8446
4
1
5
2
6
3
EMS 8329
4
W2
var2
5
Charge
0 –208 V 3φ
E1
6
EMS 8446
EMS 8311
EMS 8331
Fig. 3-1
‰
3-2) En utilisant le bouton de commande de la source d'alimentation d'énergie, ajustez E1 à 200
volts et maintenez-le constant pour le reste de l'expérience. Augmenter la charge résistive, en
gardant les trois phases équilibrée. Relever les valeurs de E1, W1, var1, E2, W2, var2 et le déphase
entre E1 et E2.
Note : E1 est pris comme tension de référence pour la mesure de l’angle de déphasage.
Relever les valeurs puis compléter le Tableau 3-1, et représenter à la Fig. 3-2 le graphe de E2 en
fonction de la puissance de charge W2 en watts.
Sur cette courbe, repérez l’angle de déphasage correspondant aux diverses puissances actives de
charges W2.
Attention : Enlever toujours la charge capacitive avant d’enlever la charge résistive. Sinon
une sévère surcharge sera observée.
‰
3-3) Connecter maintenant une charge capacitive triphasée équilibrée en parallèle avec la charge
résistive. Répéter les expériences 3-2, mais pour chacune des charges résistive ajuster la charge
capacitive afin d’obtenir une tension de charge E2 aussi proche que possible de 200 volts. (E1 doit
être maintenue constante et égale à 200 volts). Relever les valeurs et compléter le Tableau 3-2.
Représenter graphiquement E2 en fonction de W2, et superposez-le au graphe précédant que vous
avez dessiné dans l’expérience 3-2. Notez que l’addition de capacités statiques a conduit à une
tension constante plus élevée, et que la puissance W2 qui pet être délivrée a augmentée.
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Régulation de tension avec charge résistive
R (Ω)
E1 (V)
W1 (W)
var1 (var)
E2 (V)
W2 (W)
var2 (var)
Angle (°)
Expérience 3-2
∞
1200
600
400
300
240
200
171,4
Tableau 3-1.
Régulation de tension avec charge résistive et capacités statiques
R (Ω)
XC (Ω)
E1 (V)
W1 (W)
var1 (var)
E2 (V)
W2 (W)
var2 (var)
Angle (°)
Expérience 3-3
∞
1200
600
400
300
240
200
171,4
Tableau 3-2.
Sur cette courbe, repérez l’angle de déphasage entre E2 et E1 ainsi que la puissance réactive var2
qui a été utilisée pour les différents arrangements de charges résistives.
‰
‰
3-4) Dans cette expérience, nous devons observer une chute de tension significative le long de la
ligne de transmission quand bien même que les tensions E1 et E2 au récepteur et au générateur
sont de même amplitude. Comment est-il possible d’avoir une chute de tension quand bien même
que les tensions à la source et au récepteur sont égales ? La réponse est que cette chute de
tension est due à l’angle de déphasage entre les deux tensions.
En utilisant le circuit présenté à la Fig. 3-3, ajuster la charge résistive à 171,4 Ω (trois résistances
en parallèle) par phase, et avec E1 = 200 volts, ajuster la réactance capacitive jusqu’à la tension de
charge soit aussi proche que possible de 200 volts. Mesurer E1, W1, var1, E2, W2, var2, E3 et l’angle
de déphase.
E1 = …………………………….
E2 = …………………………….
E3 = …………………………….
W2 = …………………………….
W1 = …………………………….
var1 = …………………………….
var2 = …………………………….
Angle de déphasage = …………………………….
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E2 (VOLTS)
W2 (WATTS)
Fig. 3-2
EMS 8451
1
0–250V
3
θ
4
2
0–250V
0 – 208 V 3φ
E1
4
1
5
2
6
3
W1
var1
171,4 Ω
E2
XC
4
1
5
2
6
3
4
W2
var2
5
6
171,4 Ω
XC
171,4 Ω
XC
EMS 8446
EMS 8329
E3
EMS 8446
EMS 8311
EMS 8331
Fig. 3-3
‰
3-5) En utilisant les résultats de l’expérience 3-4, calculer la tension, le courant, la puissance
active et réactive par phase. Représenter le diagramme de phase des tensions au récepteur et au
générateur et vérifier la chute de tension à la valeur mesurée. (Voir exemple de calcul suivant).
EXEMPLE DE CALCUL
Pour comprendre les résultats de l’expérience 3-4, nous devons faire une brève analyse en assumant
les valeurs suivantes :
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E1 = 300 V
E3 = 140 V
W1 = + 600 W
var1 = + 170 var
E2 = 300 V
W2 = + 510 W
var2 = - 280 var
Angle de déphasage = 48° arrière
Nous devons premièrement réduire toutes les tensions et puissances en une base par phase, en
assumant une connexion étoile. Sachant que E1 et E2 sont des tensions ligne-ligne, la tension
correspondante ligne-neutre est √3 plus faible.
La puissance active W2 est plus petite que W1 à cause des pertes Joules RI2 dans la ligne de
transmission.
Par suite, la source délivre 170 var à la droite, tandis que la charge (dû au signe négatif) délivre 280
var à la gauche. En définitive, la ligne de transmission absorbe (170 + 280) = 450 var.
Les puissances active et réactive par phase sont 1/3 des valeurs indiquées plus haut ; les valeurs par
phase sont alors :
E1 / √3 = 300 /√3 = 173 V
E3 = 140 V
W1 / 3= + 200 W
var1 / 3 = + 170 / 3 = + 57 var
E2 / √3 = 300 / √3 = 173 V
W2 / 3 = + 510 / 3 = + 170 W
var2 / 3 = - 280 / 3 = - 93 var
Angle de déphasage = 48° arrière
Si nous représentons le vecteur E2/√3, 48° en arrière du vecteur E1/√3, nous pouvons déterminer le
module du vecteur (E1/√3 – E2/√3). Il est de l’ordre de 141 volts, qui est très proche de la valeur de la
chute de tension E3 mesurée le long de la ligne de transmission.
La puissance réactive reçue par la ligne (par
phase) est (93 + 57) = 150 var.
La puissance active consommée par la ligne
dû à sa résistance est (200 – 170) = 30 Watts.
La puissance apparente absorbée par la ligne
E1
3
48°
est : 150 2 + 30 2 = 153 volt − ampères .
Sachant que la tension le long de la ligne est
de 141 volts, le courant dans la ligne doit être :
I=
=173 V
VA 153
=
= 1,08 A
E 3 141
E1 E 2
−
= 141 V
3
3
E2
= 173 V
3
Fig. 3-4.
Nous aurions bien entendu pu mesurer ce courant directement, mais la mesure de la puissance
active et réactive et la connaissance des chutes de tension est suffisante pour calculer n’importe quel
paramètre de la ligne de transmission.
Référence :
Wildi, Théodore, 1992- +Lab-Volt (Québec) Ltée, Electric Power Transmission system Edition : Ste—
Foy : Lab-Volt, 1991. Localisation : (1 document) Collection générale : 1. X01473551 TK3226W673.
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