Que sont les harmoniques?
Dans un système d’alimentation électrique, une harmonique est une tension ou un courant à un multiple de la fréquence fondamentale du système. Les harmoniques peuvent être décrites au mieux comme la forme ou les caractéristiques d’une forme d’onde de tension ou de courant par rapport à sa fréquence fondamentale. Lorsque les formes d’onde s’écartent d’une forme d’onde sinusoïdale, elles contiennent des harmoniques.
Les fréquences harmoniques dans le réseau électrique sont une cause fréquente de problèmes de qualité de l’alimentation, entraînant un échauffement accru de l’équipement et des conducteurs, des ratés d’allumage dans les variateurs de vitesse et des pulsations de couple dans les moteurs.
Qu’est-ce qui cause les harmoniques?
Les charges électriques CA sont dites linéaires ou non linéaires, selon la façon dont elles tirent le courant de la forme d’onde de l’alimentation secteur. Avec une charge linéaire, la relation entre les formes d’onde de tension et de courant est sinusoïdale et le courant à tout moment est proportionnel à la tension; c’est ce qu’on appelle la loi d’Ohm. Des exemples de charges linéaires incluent les transformateurs, les moteurs et les condensateurs.
Avec une charge non linéaire, le courant n’est pas proportionnel à la tension et fluctue en fonction de l’impédance de charge alternative, ce qui signifie que le courant qu’il consomme n’a pas la même forme d’onde que la tension d’alimentation. Les charges non linéaires dessinent des courants en impulsions courtes brusques. Ces impulsions déforment les formes d’onde de courant, ce qui génère à son tour des harmoniques pouvant entraîner des problèmes d’alimentation affectant à la fois l’équipement du système de distribution et les charges qui y sont connectées. Des exemples de charges non linéaires comprennent les redresseurs, les variateurs de vitesse et les appareils électroniques tels que les ordinateurs, les imprimantes, les téléviseurs, les serveurs et les systèmes de télécommunications qui utilisent des technologies de conversion d’énergie à mode commuté (SMPS).
Quelles sont les conséquences des harmoniques ?
La capacité d’un système d’alimentation à fonctionner à des niveaux optimaux est compromise lorsque la distorsion harmonique pénètre dans le système. Les harmoniques créent des inefficacités dans le fonctionnement des équipements en raison du besoin accru de consommation d’énergie. L’augmentation du courant global nécessaire entraîne une augmentation des coûts d’installation et des services publics, une surchauffe et une diminution de la rentabilité.
Comment réduire les harmoniques ?
Voici quelques-unes des façons les plus populaires de contrôler les harmoniques ::
- Essayer de réduire les courants harmoniques produits par la charge. L’ajout d’un réacteur de ligne ou d’un transformateur en série réduira considérablement les harmoniques et offrira des avantages de protection contre les transitoires.
- Ajout de filtres pour siphonner les courants harmoniques hors du système, empêchant ainsi les courants d’entrer dans le système en premier lieu, ou fournir les courants harmoniques localement. Par exemple, l’ajout d’un filtre shunt court-circuite les courants harmoniques aussi près que possible de la source de distorsion. Cela maintient les courants hors du système d’alimentation. Le filtre shunt est un choix de filtre populaire car il est rentable et peut corriger le facteur de puissance de charge tout en supprimant le courant harmonique.
- Modification de la réponse en fréquence du système avec des filtres, des inductances ou des condensateurs. Les filtres actifs fonctionnent en fournissant électroniquement la composante harmonique du courant dans une charge non linéaire.
- Fournir des connexions de transformateur, ce qui peut réduire les courants harmoniques dans les systèmes triphasés.
- Modification de la taille du condensateur. C’est souvent l’une des options les moins chères pour les services publics et les clients industriels.
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