La distorsion harmonique dans les systèmes électriques, causée par des charges non linéaires comme les variateurs de fréquence (VFD) et les alimentations à découpage, dégrade la qualité de l'énergie, augmente les pertes et risque d'endommager les équipements. Il existe deux solutions principales : les filtres harmoniques actifs (AHF) et les réacteurs de ligne. Bien que tous deux traitent les harmoniques, leurs méthodes, leur efficacité et leur impact global diffèrent considérablement.
Filtre harmonique actif (AHF) : technologie d'annulation active
Un AHF est un dispositif électronique de puissance sophistiqué. Ses principaux composants sont des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) et un contrôleur numérique haute vitesse. Il fonctionne en continu.
surveillance
la forme d'onde du courant de charge en temps réel. Son contrôleur
calcule avec précision
les amplitudes et les phases de composantes harmoniques spécifiques (par exemple, les harmoniques problématiques 5e, 7e, 11e et 13e). L'AHF
génère et injecte des courants harmoniques
qui sont d'amplitude égale mais de phase exactement opposée et qui reviennent au réseau électrique au point de couplage commun (PCC). Cette action
annule activement
Les courants harmoniques produits par la charge sont directement à leur source. Il en résulte une réduction spectaculaire du taux de distorsion harmonique totale (THDi), atteignant souvent des niveaux inférieurs à 5 %.
Réacteur de ligne : atténuation passive des harmoniques
Une réactance de ligne est un composant électromagnétique passif, essentiellement une inductance composée de bobines enroulées sur un noyau magnétique. Elle est connectée en série avec la charge. Son action fondamentale est de
ajouter de l'impédance
(résistance au passage du courant alternatif) dans le circuit. Cette impédance est cruciale.
augmente linéairement avec la fréquence
. Par conséquent, les courants harmoniques de fréquence plus élevée rencontrent une résistance nettement plus importante lorsqu'ils tentent de refluer vers la source d'alimentation que le courant fondamental de 50/60 Hz. Cette caractéristique fait que le réacteur agit comme un
limiteur de courant harmonique à large bande
,
atténuer (réduire l'amplitude de)
courants harmoniques sur une large gamme de fréquences, permettant généralement une réduction du THDi d'environ 30 à 50 %.
Différences clés soulignant la supériorité de l'AHF
Méthode de réduction harmonique : élimination ou limitation :
AHF :
Élimine activement les harmoniques en injectant des contre-courants précis. Cela neutralise la distorsion harmonique.
Réacteur de ligne :
Limite passivement l'amplitude des courants harmoniques refluant vers la source en fournissant une impédance dépendante de la fréquence. Il ne supprime pas les harmoniques générées par la charge.
Pourquoi AHF est meilleur :
Les AHF atteignent
niveaux de THDi fondamentalement inférieurs
(par exemple, < 5 %) par rapport à la réduction limitée (30 à 50 %) offerte par les réacteurs. L'élimination offre une qualité d'énergie supérieure.
Précision du ciblage : spécifique ou large bande :
AHF :
Peut être programmé pour cibler et annuler des ordres harmoniques spécifiques et problématiques (par exemple, 5e, 7e) avec une grande précision.
Réacteur de ligne :
Offre uniquement une atténuation large bande non sélective. Il réduit toutes les harmoniques supérieures à la fréquence fondamentale proportionnellement à leur fréquence.
Pourquoi AHF est meilleur :
Les AHF offrent
précision chirurgicale
, en supprimant efficacement les harmoniques qui causent les problèmes les plus importants, tandis que les réacteurs offrent une approche moins ciblée et globale.
Impact sur le facteur de puissance (PF) : correction ou dégradation :
AHF :
Peut générer et injecter dynamiquement de la puissance réactive (kVAR) en avance ou en retard selon les besoins.
améliore activement le facteur de puissance du système
sans créer de conditions de résonance dangereuses.
Réacteur de ligne :
Ajoute une réactance inductive (kVAR en retard) au circuit. Ceci
dégrade intrinsèquement le facteur de puissance de déplacement
, nécessitant souvent des condensateurs de correction du facteur de puissance supplémentaires.
Pourquoi AHF est meilleur :
AHF
améliorer la qualité globale de l'énergie
en atténuant simultanément les harmoniques
et
correction d'un facteur de puissance faible. Réacteurs
créer ou aggraver un problème de PF
, ce qui nécessite des investissements supplémentaires en matière de correction.
Risque de résonance : atténuation ou création potentielle :
AHF :
Présente un
très faible impédance
au système et neutralise ou atténue activement les résonances existantes. Il ne crée pas de chemins de faible impédance susceptibles d'amplifier les harmoniques.
Réacteur de ligne :
Modifie le profil d'impédance du système
Cette altération peut potentiellement décaler les fréquences de résonance plus près des rangs harmoniques problématiques (comme le 5e ou le 7e), en particulier si des batteries de condensateurs sont présentes à proximité. Cela crée un risque de
amplification dangereuse de la résonance harmonique
.
Pourquoi AHF est meilleur :
Les AHF sont
intrinsèquement plus sûr
dans les réseaux électriques complexes avec condensateurs. Réacteurs
nécessitent des études harmoniques détaillées
avant l'installation pour éviter de créer par inadvertance des conditions de résonance sévères.
Stabilité de la tension : prévention ou cause :
AHF :
Ne provoque pas de chute de tension de fréquence fondamentale significative aux bornes de charge.
Réacteur de ligne :
Provoque une
chute de tension
proportionnelle au courant de charge et à l'impédance de fréquence fondamentale du réacteur. Cela peut entraîner des problèmes de sous-tension pour les équipements sensibles.
Pourquoi AHF est meilleur :
AHF
maintenir des niveaux de tension stables
à la charge, alors que les réacteurs provoquent intrinsèquement une chute de tension, ce qui peut avoir un impact sur les performances de l'équipement.
Conclusion : AHF - La solution supérieure pour les applications exigeantes
Alors que les réacteurs de ligne offrent simplicité, coût initial inférieur et fournissent des fonctions précieuses telles que l'atténuation harmonique de base, la protection du moteur (réduction dv/dt) et la limitation du courant de court-circuit,
Les filtres harmoniques actifs sont fondamentalement supérieurs pour l’objectif principal d’atténuation efficace des harmoniques.
Les AHF excellent en raison de leur capacité à
éliminer activement
harmoniques (obtenant un THDi considérablement plus faible), leur
précision
en ciblant des commandes spécifiques, leur
correction simultanée du facteur de puissance
capacité, leur
élimination des risques de résonance
, et leur
maintien de niveaux de tension stables
Les réacteurs, en revanche, ne limitent que largement les harmoniques, dégradent le facteur de puissance, risquent de provoquer une résonance et provoquent une chute de tension.
Par conséquent, pour les environnements avec une distorsion harmonique importante nécessitant de faibles niveaux de THD (par exemple, pour la conformité aux normes telles que IEEE 519), la protection des équipements sensibles, une tension stable ou la nécessité d'une correction du facteur de puissance, le
Le filtre harmonique actif est la technologie clairement supérieure et la plus efficace
, justifiant ainsi un investissement initial plus élevé. Les réacteurs de ligne constituent souvent une solution préliminaire ou partielle optimale dans les applications moins critiques.
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