Chapitre 2 – Le réseau triphasé — Activité de découverte
Terminale Bac Pro | Physique-Chimie | Groupement 2
Situation professionnelle — Installation d'une machine-outil triphasée
Vous êtes apprenti électricien dans l'entreprise AtlantElec. Votre tuteur vous confie l'installation électrique d'une nouvelle toupie industrielle dans un atelier de menuiserie. Cette machine est alimentée en triphasé 400 V et son moteur peut être couplé en étoile ou en triangle selon le réseau disponible.
La plaque signalétique du moteur indique : 230/400 V — Δ/Y — 18 A / 10,4 A — 6,5 kW — cos φ = 0,85.
Problématique : Comment raccorder correctement un moteur triphasé sur un réseau 400 V, et vérifier que l'installation est conforme au cahier des charges ?
Capacités travaillées
Identifier les conducteurs d'un réseau triphasé et leur code couleur
Appliquer la relation \(U = \sqrt{3} \times V\)
Choisir le couplage d'un moteur triphasé selon le réseau
Calculer la puissance active et le courant de ligne
Partie A — Identification du réseau triphasé
Document 1 — Câble d'alimentation de l'atelier
Le câble d'alimentation de l'atelier contient 5 conducteurs de sections différentes :
3 conducteurs de couleurs : marron, noir et gris
1 conducteur de couleur bleue
1 conducteur de couleur vert-jaune
Questions A1
Identifie chaque conducteur (nom, symbole, rôle).
Entre quels conducteurs mesure-t-on la tension simple de 230 V ?
Entre quels conducteurs mesure-t-on la tension composée de 400 V ?
Vérifie la relation \(U = \sqrt{3} \times V\) avec \(V = 230\) V et \(\sqrt{3} = 1{,}732\).
La tension simple se mesure entre une phase et le neutre (ex : L1-N = 230 V).
La tension composée se mesure entre deux phases (ex : L1-L2 = 400 V).
\(U = 1{,}732 \times 230 \approx 398\) V ≈ 400 V. La relation est vérifiée.
Partie B — Choix du couplage du moteur
Document 2 — Plaque signalétique du moteur
MOTEUR TRIPHASÉ ASYNCHRONE
230/400 V — Δ/Y
18 A / 10,4 A
P = 6,5 kW | f = 50 Hz
cos φ = 0,85 | η = 91 %
1 450 tr/min
Questions B1
Le réseau de l'atelier est en 400 V triphasé. Quel couplage faut-il utiliser : étoile ou triangle ?
Justifie en calculant la tension aux bornes d'une bobine pour chaque couplage.
Quel courant de ligne est indiqué sur la plaque pour le couplage retenu ?
Pourquoi y a-t-il deux valeurs de courant (18 A et 10,4 A) sur la plaque ?
Couplage étoile (Y).
En étoile sur 400 V : \(U_b = 400/\sqrt{3} = 231\) V ≈ 230 V ✓. En triangle sur 400 V : \(U_b = 400\) V > 230 V → surtension, moteur détruit ✗.
En couplage étoile : courant de ligne = 10,4 A.
18 A correspond au couplage triangle (sur réseau 230 V) et 10,4 A au couplage étoile (sur réseau 400 V).
Partie C — Vérification de l'installation
Questions C1 — Calculs de puissance
Calcule la puissance active absorbée par le moteur en utilisant : \(P = \sqrt{3} \times U \times I \times \cos\varphi\) avec les données de la plaque (couplage étoile).
La puissance mécanique nominale du moteur est 6,5 kW. Vérifie le rendement : \(\eta = P_{\text{méc}}/P_{\text{élec}}\).
La protection magnéto-thermique doit être réglée à 125 % du courant nominal. Calcule le seuil de déclenchement.
Parmi les valeurs standard (6 A, 10 A, 16 A, 20 A), quelle est la valeur à retenir pour le disjoncteur ?
\(\eta = 6500/6107 \approx 1{,}06\)... Cela donne η > 1, ce qui est impossible. Correction : c'est la puissance absorbée qui est 6,1 kW et la puissance utile qui est 6,5 kW... En réalité, sur la plaque, P = 6,5 kW est la puissance absorbée et η = 91% donne une puissance mécanique de 5,9 kW. Vérification : \(P_{\text{méc}} = 0{,}91 \times 6107 \approx 5557\) W ≈ 5,6 kW.
Seuil = \(1{,}25 \times 10{,}4 = 13\) A.
On choisit 16 A (valeur standard immédiatement supérieure à 13 A).
Questions C2 — Déphasage des tensions
Les trois tensions du réseau sont déphasées de 120°. Calcule la période \(T\) du réseau (\(f = 50\) Hz).
À combien de millisecondes correspond un déphasage de 120° ?
Pourquoi le déphasage de 120° entre les trois tensions est-il avantageux pour les moteurs triphasés ?
\(T = 1/f = 1/50 = 20\) ms.
120° = 1/3 de période = \(20/3 \approx 6{,}67\) ms.
Le déphasage de 120° crée un champ magnétique tournant dans le moteur, ce qui met le rotor en rotation de façon continue et régulière, sans secousses.
Bilan de l'activité
Synthèse — Fiche de raccordement
Complète la fiche de raccordement destinée au dossier technique :