TP 1 : MESURE DE PUISSANCE SUR UN SYSTEME TRIPHASE

Puissance en triphasé -1
TP 1 : MESURE DE PUISSANCE SUR UN SYSTEME TRIPHASE
EQUILIBRE
Texte de V. SEWRAJ. Adapté en novembre 2010 par B. JAMMES.
OBJECTIFS
L'objectif principal de cette manipulation concerne la mise en œuvre des méthodes de mesure des
puissances actives et réactives sur une ligne triphasée équilibrée. Le système étudié est constitué d'une
source de tension triphasée à laquelle deux charges peuvent être branchées en parallèle.
La première charge est une bobine à noyau de fer triphasée équilibrée symétrique et réglable. La seconde
est un plan de charge résistif réglable. Ces deux charges peuvent être couplées en étoile ou en triangle.
À partir des mesures de puissances, on se propose d'identifier pour chaque montage un modèle étoile (dit
étoile équivalente) de la charge considérée.
On cherche enfin à prévoir le point de fonctionnement du système lorsque les deux charges sont en
parallèle et que l'on modifie uniquement le couplage du plan de charge résistif.
A l'issue de la manipulation (et après un travail personnel !), l'étudiant doit savoir traiter les points
suivants :
- apprécier les déphasages des diverses grandeurs électriques en s'aidant de diagrammes vectoriels
qualitatifs,
- mesurer la puissance apparente,
- méthodes d'un, de deux ou de trois wattmètres pour mesurer les puissances active et réactive,
- apprécier les domaines de validité des méthodes de mesure des puissances active et réactive,
- évaluer le facteur de puissance d'une charge,
- effectuer un bilan de puissance par la méthode de Boucherot,
- élaborer le schéma étoile équivalent d'une charge à partir de la mesure des puissances qu'elle
consomme, et donner, lorsque cela est possible, une signification physique des différents éléments de
ce schéma équivalent.
MATÉRIEL MIS A DISPOSITION
La liste du matériel nécessaire pour effectuer cette manipulation est la suivante :
Une bobine à noyau de fer triphasée équilibrée 50 Hz 220V / 380V 4KVAR.
Deux plans de charge résistif équilibré variable 220V / 380V 4KW.
Une platine comportant des commutateurs de courants et des inverseurs de tensions pour la
mesure des puissances, des courants de lignes et des tensions simples et composées.
Un wattmètre analogique, et un voltmètre et un ampèremètre ferromagnétiques.
Remarque : la salle de TP est alimentée en tension triphasée équilibrée 133 V / 230 V. La tension
est quasi-sinusoïdale (légèrement déformée par la saturation du transformateur d'alimentation
général).

Puissance en triphasé -2
PRÉCISION DES MESURES DU WATTMÈTRE NUMÉRIQUE (à 50 Hz)
Pour un appareil à aiguille, l’incertitude ( M) d’une mesure (M) est donnée par :
divisions 2 calibre
+ calibre
100
classe
lecture deErreur appareilPrécision = M
Pour les mesures indirectes (puissances apparente et réactive, et facteur de puissance), l’incertitude se
calcule à partir de l’expression de la variation d'une fonction :
y
yy)f(x,
x
xy)f(x,
= y)f(x,
Calculer la variation des grandeurs suivantes S = VI,
Q S2P2
et
FP P
S
afin de valider
l’expression des incertitudes des mesures indirectes données dans le tableau ci-dessous.
Grandeur (M)
Calibre
Pleine Echelle
M
Courant (I)
10 A
10 A
46,4 A
46,4 A
Tension (V)
37 V
37 V
174 V
174 V
P (W)
Selon I et V
Selon I et V
S (VA)
Selon I et V
Selon I et V
S = I x V + V x I
Q (VAR)
Selon I et V
Selon I et V
QS
QSP QP
F.P.
Selon I et V
Selon I et V
FP P
SP
S2S
PRÉCAUTIONS ET RECOMMANDATIONS
Il est impératif :
- de faire vérifier le montage à chaque modification de câblage,
- de vérifier que les charges soient équilibrées avant la mise sous tension,
- de toujours mesurer les trois courants de ligne et les trois tensions simples ou composées afin
de vérifier si le système est équilibré en courant et en tension (très important),
- de prendre soin de ne pas dépasser les valeurs nominales de courant et de tension, de chacune des
charges,
- de prendre le type d'appareil adapté à la mesure à réaliser (valeur moyenne, efficace, efficace vraie,
etc...),
- de prendre soin de ne pas dépasser les calibres des appareils de mesures (ampèremètre, voltmètre,
wattmètre). Les limites de fonctionnement du wattmètre sont conditionnées par les valeurs efficaces
du courant et de la tension, qui doivent toujours être contrôlées. Ce n'est pas parce que la valeur
fournie par le wattmètre est faible qu'il faut diminuer ses calibres.

Puissance en triphasé -3
MANIPULATION
I. TENSIONS DU RESEAU.
Repérer les bornes de l'alimentation triphasée de votre poste de manip et mesurer une tension simple et
une tension composée du réseau.
Remarque : Les tensions présentent une distorsion due à la saturation du transformateur d'alimentation
de la salle. On utilisera donc des appareils de mesure ferromagnétiques repérés par le symbole .
II. ÉTUDE D'UNE CHARGE TRIPHASÉE « R1+L » COUPLÉE EN ÉTOILE
A partir des caractéristiques de la bobine triphasée, déduire sa tension composée nominale lorsqu’elle est
couplée en étoile. Comparer cette valeur avec la tension composée du réseau mesurée précédemment.
Commenter ce résultat.
Coupler le plan de charge résistif triphasé en étoile.
II.1 Mesure de la puissance active par la méthode des trois wattmètres
- Coupler la bobine et la résistance en étoile. Connecter la bobine et la résistance en parallèle sur le
réseau, en prenant soin d’insérer dans le montage le commutateur de wattmètre. Câbler ensuite les
appareils de mesure et faite vérifier le montage.
- La résistance étant en circuit ouvert (tous les commutateurs ouverts), régler l’inductance pour que le
courant qu’elle absorbe soit de l’ordre de 2A. Régler ensuite la résistance pour que le courant total soit
d’environ 4A.
- Mesurer W
1N1
, W
2N2
, W
3N3
, V et I. Commenter les résultats.
- À partir de vos mesures déduire les valeurs de P et S, et FP de la charge.
- Déterminer les incertitudes de mesure P et S.
- Déterminer la puissance Q ainsi que l'incertitude Q.
NB : Afin de maximiser la déviation de l’aiguille ; pour minimiser l’erreur de mesure ; le wattmètre
accepte un dépassement du calibre de 130% pour le courant et de 150% sur la tension.
II.2 Mesure des puissances active et réactive par la méthode des deux wattmètres
- Mesurer W
1
13
, W
2
23
, U, et I. Commenter les résultats.
- A partir de ces mesures déduire les valeurs de P, Q, S, et FP de la charge.
- Comparer ces valeurs avec celles de l’essai précédent.
- Déterminer les incertitudes de mesure P, Q et S.
- Déterminer S comme indiqué à partir de P et Q. Conclusion.
ATTENTION : Vérifier à adapter le calibre du voltmètre et de tension du wattmètre aux nouvelles
conditions de mesure. Il sera ensuite possible de revenir à un calibre plus faibles sur le wattmètre,
dans la mesure du respect de la règle de dépassement des calibres indiquée ci-dessus.

Puissance en triphasé -4
II.3 Mesure de la puissance réactive par la méthode d'un wattmètre
- Mesurer W
1
23
, U et I.
- A partir de ces mesures déduire les valeurs de S, Q, P et FP de la charge.
- Comparer ces valeurs avec celles du §II.1 et §II.2.
- Déterminer les incertitudes de mesure Q, S et P.
II.4 Comparaison des méthodes : incertitudes de mesure
À partir de vos calculs d'incertitudes réalisés plus haut, préciser la méthode la mieux adaptée à la mesure
de chacune des puissances active, réactive et apparente.
II.5 Modélisation de la charge triphasée
RAPPELS :
Tout dipôle passif monophasé, aussi compliqué soit-il, peut être modélisé, pour un point
de fonctionnement en régime sinusoïdal donné, par un dipôle équivalent constitué d'une
résistance R et une réactance X. La relation courant-tension du dipôle équivalent est
alors identique à celle du dipôle réel. Les éléments R et X peuvent être associés en série,
dans ce cas on les identifie par Rs et Xs, ou en parallèle, dans ce cas on les identifie par
Rp et Xp.
Fig. 5 : dipôle équivalent en monophasé.
En triphasé, lorsque l'on travaille avec des associations source-charge de type triangle-
triangle, étoile-triangle ou triangle-étoile, il est commode de remplacer les éléments
couplés en triangles par des éléments équivalents couplés en étoile (étoile équivalente).
Les relations courant-tension pour chacune des lignes de l'étoile équivalente sont les
mêmes que pour le circuit réel. On peut alors étudier une seule phase du montage, ce
qui a pour effet de simplifier grandement les calculs. Toutefois, il ne faut pas oublier
que l'on traite seulement 1/3 des puissances en jeu dans le montage.
A partir des mesures réalisées dans les essais du §II.2, déterminer
- les valeurs Rp et Xp du modèle parallèle de l'étoile équivalente de la charge (figure 6).
- les valeurs Rs et Xs du modèle série de l'étoile équivalente de la charge (fig. 7).

Puissance en triphasé -5
32
N
1
Rs
Xs
Rs
Xs
Rs
Xs
Fig. 6 : Modèle étoile parallèle équivalent de la charge Fig. 7 : Modèle étoile série équivalent de la charge
III. ÉTUDE D'UNE CHARGE « R 2+ R 1+L »
III.1 R 2 étoile // (R 1+L) étoile.
Placer une deuxième charge résistive couplé en étoile (R2) en parallèle au montage précédent. Régler cette
charge pour que le courant absorbé soit de l’ordre de 6A.
- Mesurer, en utilisant la méthode de deux wattmètres, les puissances P et Q absorbées par cette charge.
- A partir de ces mesures et de celles réalisées au §II.2, déduire la puissance active dissipé dans R 2, puis
déterminer la valeur réelle des résistances de ce plan de charge.
- A partir des mesures réalisées déterminer les valeurs Rp et Xp du modèle parallèle de l'étoile
équivalente de la charge totale (figure 6).
- Quelle relation relie les valeurs de R2, Rp calculée ici, à celle de Rp calculée au §II.5?
ATTENTION : Vérifier à adapter les calibres des appareils de mesure aux nouvelles conditions
expérimentales.
III.2 R 2 triangle // (R 1+L) étoile.
- Coupler la charge R 2 en triangle sans modifier les valeurs des résistances.
- Calculer le nouveau courant de ligne qui sera absorbé par la nouvelle charge R 2+ R 1+L. Faites vérifier
votre calcul par l'enseignant.
- Mesurer en utilisant la méthode des deux wattmètres, les nouvelles puissances P et Q mises en jeux.
- Déduire de ces mesures et de celles réalisées au §III.1, la puissance active dissipé dans R 2. Comparer
là à la valeur obtenue lorsque R 2 est couplé en étoile. Conclusion ?
- Déterminer les valeurs Rp et Xp du modèle parallèle de l'étoile équivalente de la charge totale (figure
6). Comparer à la valeur ‘théorique’ que l’on obtiendrait en utilisant les valeurs de Rp et R2 trouvées
au §III.1.
ATTENTION : Vérifier à adapter les calibres des appareils de mesure aux nouvelles conditions
expérimentales.