Objectifs d'apprentissage
- Distinguer un réseau monophasé (une phase et un neutre) d'un réseau triphasé (trois phases déphasées de 120°)
- Distinguer tension simple V (entre phase et neutre) et tension composée U (entre deux phases), et relier les deux par U = √3 × V
- Calculer la puissance active en monophasé à partir de U, I et cosφ
- Calculer la puissance active en triphasé équilibré à partir de la tension composée, du courant de ligne et de cosφ
- Expliquer le rôle du facteur de puissance cosφ dans la conversion de puissance apparente en puissance active
- Décrire le principe de fonctionnement d'un relais électromagnétique et son usage pour commander un circuit à distance
- Distinguer un relais (faible pouvoir de coupure) d'un contacteur (pouvoir de coupure élevé, contacts principaux et auxiliaires) et justifier l'usage d'un contacteur pour démarrer un moteur triphasé
Formules et résultats clés
Réseau monophasé vs triphasé
Un réseau monophasé alimente une charge avec une seule phase et un neutre. Un réseau triphasédistribue trois phases déphasées de 120° les unes par rapport aux autres, avec ou sans neutre : il permet d'alimenter des charges plus puissantes (notamment les moteurs triphasés) avec un câblage globalement plus économe en cuivre pour une même puissance transportée.
Tension simple et tension composée
Pour un réseau basse tension typique où V = 230 V, la tension composée vaut U = √3 × 230 ≈ 400 V — ce sont les valeurs couramment rencontrées sur les plaques signalétiques des moteurs triphasés (230 V / 400 V).
Puissance active
Dans les deux formules, U est la tension (composée en triphasé), I le courant absorbé (courant de ligne en triphasé) et cosφ le facteur de puissance, qui traduit le déphasage entre tension et courant introduit par une charge non purement résistive.
Relais et contacteurs
Un relais et un contacteurreposent tous deux sur un électroaimant (bobine) qui, une fois alimenté, actionne l'ouverture ou la fermeture de contacts électriquement isolés du circuit de commande. Le relais est dimensionné pour de faibles courants (commande d'un circuit de signal ou d'une petite charge) ; le contacteur est dimensionné pour un pouvoir de coupure élevé et possède, en plus de ses contacts principaux (circuit de puissance), des contacts auxiliaires (signalisation, auto-maintien), ce qui en fait l'organe de commande adapté au démarrage des moteurs triphasés.
Erreurs fréquentes
Utiliser la tension simple V à la place de la tension composée U (ou l'inverse) dans une formule de puissance triphasée sans vérifier laquelle est réellement mesurée ou fournie par l'énoncé.
Oublier le facteur √3 dans la formule de puissance triphasée : P = √3 × U × I × cosφ n'est pas P = 3 × U × I × cosφ ni P = U × I × cosφ comme en monophasé.
Oublier le facteur cosφ et calculer P = U × I : cela donne la puissance apparente (en VA), pas la puissance active (en W), sauf dans le cas particulier d'une charge purement résistive où cosφ = 1.
Confondre un relais et un contacteur : un relais n'est pas dimensionné pour couper le courant de démarrage d'un moteur triphasé — c'est le rôle du contacteur, dont le pouvoir de coupure est bien plus élevé.
Croire qu'un contacteur ne sert qu'à ouvrir/fermer le circuit de puissance : il possède aussi des contacts auxiliaires (faible courant), utilisés dans le circuit de commande pour la signalisation ou l'auto-maintien, indépendamment des contacts principaux.
Exemple corrigé — Démarrage d'un moteur triphasé
Énoncé
Un moteur asynchrone triphasé doit être démarré et arrêté depuis un pupitre de commande situé à plusieurs dizaines de mètres de l'armoire de puissance. Justifier pourquoi on utilise un contacteur, commandé par un circuit basse puissance, plutôt qu'un interrupteur classique câblé directement sur le circuit de puissance du moteur.
Correction
Un interrupteur câblé directement sur le circuit de puissance devrait supporter le courant de démarrage du moteur (souvent plusieurs fois le courant nominal) sur toute la distance jusqu'au pupitre, ce qui imposerait des câbles de forte section coûteux et dangereux à manipuler pour l'opérateur.
Avec un contacteur, seule sa bobine de commande (faible courant) est reliée au pupitre à distance ; le contacteur, placé au plus près du moteur dans l'armoire de puissance, ferme localement les contacts principaux qui supportent le courant fort.
L'opérateur manipule donc un circuit basse tension et faible courant, sûr et économique en câblage, tandis que le contacteur gère localement la commutation de puissance — c'est exactement le rôle pour lequel il est dimensionné.
3 exercices pour t'entraîner
Exercice 1
FacileUn appareil monophasé est alimenté sous une tension U = 230 V, absorbe un courant I = 4 A, avec un facteur de puissance cosφ = 0,8. Calculer la puissance active consommée.
Voir la correction
P = U × I × cosφ = 230 × 4 × 0,8 = 736 W.
Exercice 2
MoyenUn moteur triphasé est alimenté sous une tension composée U = 400 V, absorbe un courant de ligne I = 10 A, avec cosφ = 0,85. Calculer la puissance active absorbée par le moteur (on prendra √3 ≈ 1,73).
Voir la correction
P = √3 × U × I × cosφ = 1,73 × 400 × 10 × 0,85 ≈ 5 882 W, soit environ 5,88 kW.
Exercice 3
DifficileUn moteur triphasé de puissance active P = 7,5 kW est alimenté sous une tension composée U = 400 V, avec un facteur de puissance cosφ = 0,82. Déterminer le courant de ligne absorbé par le moteur (on prendra √3 ≈ 1,73).
Voir la correction
En isolant I dans P = √3 × U × I × cosφ : I = P / (√3 × U × cosφ) = 7500 / (1,73 × 400 × 0,82) = 7500 / 567,44 ≈ 13,2 A.
3 exercices, c'est un début.
Orka en génère autant que tu veux sur ce chapitre, à ton niveau, avec correction détaillée étape par étape.
Continue gratuitement sur OrkaVa plus loin sur ce chapitre
50+ exercices interactifs sur ce chapitre
Générés et corrigés étape par étape par l'IA, à ton niveau.
Quiz IA adaptatif
Questions qui s'ajustent automatiquement à tes réussites et erreurs.
Corrigés d'annales sur ce chapitre
Sujets d'examens nationaux et régionaux déjà tombés.
Plan de révision personnalisé
Priorise ce chapitre selon ta progression réelle sur toute la filière.
Flashcards du chapitre
Formules et définitions clés en mode révision rapide.
Tuteur IA en Darija
Pose tes questions sur ce chapitre et obtiens une explication immédiate.
Questions fréquentes
Quelle est la relation entre tension simple et tension composée en triphasé ?
La tension simple V est mesurée entre une phase et le neutre ; la tension composée U est mesurée entre deux phases. Pour un réseau triphasé équilibré, elles sont liées par U = √3 × V — par exemple pour un réseau où V = 230 V, la tension composée vaut U = √3 × 230 ≈ 400 V, valeurs typiques du réseau basse tension.
Pourquoi la formule de puissance active comporte-t-elle un facteur cosφ ?
En courant alternatif, le courant peut être déphasé par rapport à la tension si la charge n'est pas purement résistive (moteur, transformateur, etc.). Le facteur de puissance cosφ traduit ce déphasage : seule la composante du courant en phase avec la tension produit un travail utile (puissance active, en W). Sans ce facteur, P = U × I donnerait la puissance apparente (en VA), qui surestime la puissance réellement utile dès que φ ≠ 0.
Quelle est la différence entre un relais et un contacteur ?
Un relais et un contacteur reposent sur le même principe (une bobine commande l'ouverture/fermeture de contacts), mais un relais est dimensionné pour de faibles courants — typiquement pour commander un circuit de signal ou une petite charge — tandis qu'un contacteur est dimensionné pour un pouvoir de coupure élevé, adapté au démarrage et à l'arrêt de charges de puissance comme les moteurs triphasés, avec des contacts principaux dans le circuit de puissance et des contacts auxiliaires pour la signalisation.