Un aperçu des harmoniques dans les systèmes électriques
Qu’est-ce que les harmoniques?
Dans un système d'alimentation électrique, un harmonique est une tension ou un courant à un multiple de la fréquence fondamentale du système. Les harmoniques peuvent être décrits comme étant 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 sinusoïdale, elles contiennent des harmoniques.
Les fréquences harmoniques dans le réseau électrique sont une cause fréquente de problèmes liés à la qualité de l'énergie, entraînant un échauffement accru des équipements et des conducteurs, des ratés d'allumage dans les variateurs de vitesse et des pulsations de couple dans les moteurs.
Quelles sont les causes des harmoniques?
Les charges électriques en courant alternatif sont dites linéaires ou non linéaires, selon la façon dont elles tirent leur 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. Parmi les exemples de charges linéaires, on peut citer 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 la charge alternative, ce qui signifie que le courant tiré n'a pas la même forme d'onde que la tension d'alimentation. Les charges non linéaires tirent le courant en impulsions courtes et abruptes. Ces impulsions déforment les formes d'onde du courant, ce qui génère des harmoniques pouvant entraîner des problèmes d'alimentation affectant à la fois les équipements du réseau de distribution et les charges qui y sont connectées. Parmi les exemples de charges non linéaires figurent 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 de l'alimentation en mode commuté.
Quelles sont les conséquences des harmoniques?
La capacité d'un système d'alimentation à fonctionner de manière optimale est compromise lorsqu'une distorsion harmonique entre dans le système. Les harmoniques entraînent des inefficacités dans le fonctionnement des équipements en raison du besoin de consommation électrique accru. L'augmentation du courant global nécessaire entraîne une hausse des coûts d'installation et de consommation, une surchauffe et une diminution de la rentabilité.
Comment pouvez-vous 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. Ajouter un réacteur de ligne ou un transformateur en série permettra de réduire considérablement les harmoniques, tout en offrant des avantages en matière de protection contre les surtensions.
- Ajouter des filtres pour soit siphonner les courants harmoniques hors du système, empêchant ainsi les courants d'entrer dans le système en premier lieu, soit fournir les courants harmoniques localement. Par exemple, l'ajout d'un filtre de dérivation court-circuite les courants harmoniques aussi près que possible de la source de distorsion. Cela permet de maintenir les courants hors du système d'approvisionnement. Le filtre de dérivation est un choix de filtre populaire parce qu'il est rentable et peut corriger le facteur de puissance de la charge tout en éliminant le courant harmonique.
- Modifier la réponse fréquentielle du système à l'aide de filtres, d'inducteurs ou de condensateurs. Les filtres actifs fonctionnent en fournissant électroniquement la composante harmonique du courant dans une charge non linéaire.
- Fournir des connexions de transformateur, qui peuvent réduire les courants harmoniques dans les systèmes triphasés.
- Modifier la taille du condensateur. C’est souvent l’une des options les moins coûteuses pour les services publics et les clients industriels.
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