Courant neutre et filtre d'harmoniques actif

Filtre harmonique actif (AHF) et courant neutre

Le filtre harmonique actif (AHF) est utilisé pour améliorer la qualité de l'énergie, par filtrage des harmoniques, compensation de puissance réactive et équilibrage triphasé dans les systèmes électriques. Les harmoniques sont des formes d'onde de tension ou de courant qui sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale. Ils peuvent entraîner divers problèmes de qualité de l’énergie, notamment une augmentation du courant neutre dans les systèmes électriques triphasés. L'AHF peut avoir un impact significatif sur le courant neutre, en particulier dans les systèmes avec des charges non linéaires ou des charges monophasées .

Courant neutre dans les systèmes triphasés

Dans un système triphasé équilibré sans harmoniques (charge linéaire), la somme des courants dans les trois phases s'annule, ce qui entraîne l'absence de courant neutre. Cependant, plusieurs facteurs peuvent provoquer la circulation du courant neutre , notamment :

• Charges déséquilibrées : répartition inégale des charges entre les phases.
• Harmoniques : en particulier, les troisièmes harmoniques (et les multiples d'harmoniques de troisième ordre) sont en phase dans les trois phases et s'additionnent dans le conducteur neutre.

Comment fonctionnent les filtres harmoniques actifs

Le filtre harmonique actif fonctionne en surveillant en permanence la forme d'onde du courant et en injectant des courants de compensation pour annuler les harmoniques. Le processus implique :

1. Détection : un filtre actif mesure le contenu harmonique du courant de charge à l'aide de capteurs de courant.
2. Contrôle : L'unité de contrôle traite le courant mesuré et détermine l'ordre des harmoniques à compenser.
3. Injection : L'AHF génère et injecte des courants déphasés de 180 degrés par rapport aux harmoniques détectées, les annulant ainsi efficacement.

Impact des AHF sur le courant neutre

Réduction des troisièmes harmoniques :

• Les troisièmes harmoniques (150 Hz dans un système à 50 Hz) contribuent de manière significative au courant neutre dans les systèmes de distribution électrique triphasés. Ces harmoniques sont en phase dans les trois phases et s'ajoutent donc directement au conducteur neutre.
• Les AHF peuvent réduire efficacement les troisièmes harmoniques en injectant des courants de compensation, réduisant ainsi considérablement le courant neutre.

Charges d'équilibrage :

• En atténuant les harmoniques, les AHF contribuent à créer un profil de charge plus équilibré, ce qui réduit le courant neutre provoqué par le déséquilibre de charge.

Avantages de l'utilisation des AHF

Qualité de l'énergie améliorée :

• La réduction des harmoniques conduit à une forme d'onde sinusoïdale plus propre, améliorant ainsi la qualité globale de l'énergie.

Courant neutre réduit :

• En éliminant ou en réduisant les troisièmes harmoniques et autres harmoniques homopolaires, les AHF réduisent le courant circulant dans le conducteur neutre, améliorant ainsi l'efficacité et la sécurité du système.

Fiabilité améliorée du système :

• Un courant neutre plus faible réduit le risque de surchauffe et de défaillance potentielle du conducteur neutre, améliorant ainsi la fiabilité du système.

Conformité aux normes :

• Les AHF contribuent à respecter les normes et réglementations en matière de qualité de l'énergie en maintenant les niveaux d'harmoniques dans des limites acceptables.

Exemple de calcul : courant neutre avec AHF

Sans AHF :

• Supposons un système avec une présence significative de troisièmes harmoniques. Si les courants de phase (y compris les troisièmes harmoniques) sont
• I _R = 30 A, I _S = 30 A, I _T = 30 A :
• I _N ² =I _R ² +I _S ² +I _T ² −I _R *I _S −I _S *I _T −I _T *I _R
• JE _N =0 UNE
• JE _N(3)​ = 3×30A=90A

Avec AHF :

• L' AHF annule les troisièmes harmoniques en injectant 30 A de courant de troisième harmonique dans chaque phase :
• IN(3)=0 A

Ainsi, le courant neutre total est réduit à près de zéro, en supposant une compensation parfaite.

Conclusion

Les filtres harmoniques actifs (AHF) jouent un rôle crucial dans la réduction du courant neutre dans les systèmes triphasés en corrigeant les harmoniques ou en réduisant considérablement la distorsion totale des harmoniques, en particulier les troisièmes harmoniques dans les charges non linéaires.

Parallèlement, comme le générateur de var statique , le filtre actif est le meilleur produit de correction du facteur de puissance avec une réponse rapide. En améliorant la qualité de l'énergie et en garantissant des charges équilibrées, les AHF améliorent l'efficacité, la sécurité et la fiabilité des systèmes électriques.