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Qu'est-ce qu'un variateur de vitesse (VSD/VFD) ?
Un variateur de vitesse (VSD), également communément appelé variateur de fréquence (VFD) ou variateur de vitesse réglable (ASD), est un dispositif électronique qui contrôle la vitesse et le couple d'un moteur électrique à courant alternatif en faisant varier la fréquence et la tension d'entrée du moteur.
Comment provoquent-ils des harmoniques ?
La conception interne d'un variateur de fréquence est la cause principale :
Redresseur d'entrée : L'extrémité avant d'un variateur de fréquence standard est un pont redresseur à diodes Ce composant convertit la tension sinusoïdale alternative entrante en une tension continue.
Charge non linéaire : Le redresseur ne prélève du courant de l'alimentation qu'aux pics de tension, au lieu d'un courant sinusoïdal régulier et continu. Ce courant pulsé et bref est fortement déformé.
Courants harmoniques : Cette forme d'onde de courant déformée peut être décomposée mathématiquement en une fréquence fondamentale (par exemple, 60 Hz) et une série de courants de fréquence plus élevée qui sont des multiples de la fondamentale (par exemple, 180 Hz (3e), 300 Hz (5e), 420 Hz (7e), etc.). Ceux-ci sont harmoniques .
Pourquoi les harmoniques sont-elles un problème ?
Les courants harmoniques refluent dans le système de distribution électrique, provoquant de nombreux problèmes :
Surchauffe des transformateurs, des câbles et des fils neutres : Les harmoniques provoquent une augmentation du courant RMS et un « effet de peau », entraînant une surchauffe et des risques potentiels d'incendie.
Déclenchement intempestif des disjoncteurs : Des formes d'onde déformées peuvent provoquer le déclenchement des disjoncteurs même lorsque le courant RMS réel est dans les limites.
Distorsion de tension : Les courants harmoniques provoquent une distorsion de tension harmonique, qui peut affecter d'autres équipements sensibles connectés au même point de couplage commun (PCC).
Problèmes de générateur : Peut provoquer des interférences et une surchauffe dans les générateurs de secours.
Défaillance de la batterie de condensateurs : Les harmoniques peuvent entrer en résonance avec les condensateurs de correction du facteur de puissance, ce qui entraîne une surcharge et une panne.
Corruption des données et dysfonctionnement de l'équipement : Les appareils électroniques sensibles tels que les automates programmables, les capteurs et les ordinateurs peuvent mal fonctionner en raison d'une alimentation électrique bruyante.
Un Filtre harmonique actif est un dispositif électronique de puissance sophistiqué qui est connecté en parallèle aux charges non linéaires (comme les VFD) pour atténuer les harmoniques.
Comment fonctionne un filtre harmonique actif ?
Il fonctionne sur le principe de « l’interférence destructive » :
Surveillance en temps réel : Des capteurs avancés mesurent en continu la forme d'onde du courant de charge.
Analyse instantanée : Un processeur de signal numérique (DSP) à grande vitesse analyse la forme d'onde et calcule les composantes harmoniques présentes.
Injection de contre-courants : L'AHF génère et injecte instantanément des courants harmoniques qui sont de même magnitude mais de phase opposée (déphasé de 180°) aux harmoniques mesurées.
Annulation: Ces « contre-harmoniques » annulent les courants harmoniques d'origine des variateurs de fréquence, ce qui produit une forme d'onde de courant sinusoïdale propre qui revient vers la source d'alimentation.
Principaux avantages des filtres harmoniques actifs :
Performances dynamiques : Ils compensent les harmoniques en temps réel, ce qui les rend parfaits pour les systèmes où les charges changent constamment (par exemple, les variateurs de fréquence qui accélèrent et ralentissent).
Filtrage multi-harmonique : Ils peuvent atténuer une large gamme d'harmoniques (généralement jusqu'au 50e ordre ou plus) simultanément.
Correction du facteur de puissance : Le plus moderne AHF peut également fournir une puissance de pointe ou réactive (kVAR) pour corriger un mauvais facteur de puissance, un autre effet secondaire courant des VFD.
Flexibilité et évolutivité : Ils peuvent être dimensionnés pour des charges individuelles importantes ou pour un panneau électrique entier desservant plusieurs VFD.
Aucun risque de résonance : Contrairement aux filtres passifs, les AHF n'interagissent pas avec l'impédance du système et ne peuvent pas provoquer de conditions de résonance dangereuses.
Le schéma suivant illustre comment un filtre harmonique actif est installé par rapport aux variateurs de fréquence et à la source d'alimentation :
Un Filtre harmonique actif est fortement recommandé lorsque :
Vous disposez d’un grand nombre de VFD sur un seul système.
Les variateurs de fréquence représentent une part importante de la capacité du transformateur (par exemple, > 25 %).
Vous rencontrez des problèmes de qualité d'alimentation électrique (surchauffe, déclenchement de disjoncteurs).
Votre service public a des limites strictes en matière de distorsion harmonique (IEEE 519 est une norme courante).
Vous avez d’autres équipements sensibles sur la même alimentation.
En résumé, alors que Variateurs de vitesse sont excellents pour les économies d'énergie et le contrôle des processus, ils sont une source majeure de pollution harmonique . Filtres harmoniques actifs sont la solution moderne, dynamique et efficace pour éliminer ces harmoniques, protéger votre infrastructure électrique et assurer le respect des normes de qualité de l'énergie.
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