Qu'est-ce que l'harmonique et comment la gérer ?
Les harmoniques désignent des grandeurs électriques qui possèdent des fréquences qui sont des multiples entiers de l'onde fondamentale présente dans le courant. Ce concept implique généralement la décomposition en série de Fourier de quantités électriques périodiques non sinusoïdales. Dans ce contexte, toute grandeur électrique de fréquence supérieure à celle de l'onde fondamentale, dérivée du courant, est classée comme harmonique. L'ordre harmonique est déterminé par le rapport entre la fréquence harmonique et la fréquence fondamentale, représenté mathématiquement par n=fn/f1 .
La représentation visuelle des formes d'onde harmoniques est illustrée à la figure 1, illustrant les modèles distincts associés à chaque composante harmonique. En complément, la figure 2 présente un diagramme de décomposition harmonique, montrant comment ces fréquences harmoniques individuelles se combinent et sont analysées à partir du signal complexe global, élucidant ainsi leur contribution à la forme d'onde électrique totale.
Fig. 1 Oscillogramme harmonique | Fig. 2 Diagramme de décomposition harmonique |
D'où viennent les harmoniques ?
Dans le monde d’aujourd’hui, de nombreux appareils que nous utilisons quotidiennement peuvent créer ce que l’on appelle des courants « harmoniques » lorsqu’ils utilisent de l’électricité. Considérez ces harmoniques comme des notes de musique supplémentaires auxquelles notre système électrique ne s'attendait pas.
Appareils qui provoquent des harmoniques :
- Alimentations à découpage (SMPS) trouvées dans les ordinateurs, les chargeurs de téléphone et les téléviseurs.
- Ampoules à économie d'énergie** avec ballasts électroniques qui les aident à briller.
- Régulateurs de vitesse pour ventilateurs, pompes et climatiseurs.
- Des alimentations sans interruption (UPS)** qui maintiennent les ordinateurs en fonctionnement pendant les coupures de courant.
- Les grosses machines équipées de transformateurs et de moteurs, comme les équipements d'usine et les ascenseurs.
- Même les articles ménagers courants** comme les téléviseurs et les appareils de cuisine.
En outre, divers gadgets qui transforment l’alimentation CA (ce qui vient du mur) en alimentation CC (ce dont la plupart des appareils électroniques ont besoin) peuvent ajouter des harmoniques. Cela inclut des éléments tels que des chargeurs de batterie et des dispositifs à tension réglable.
Dans l'industrie, des outils avancés tels que les **convertisseurs de fréquence** sont devenus extrêmement utiles pour contrôler la vitesse des moteurs, rendant ainsi les usines plus efficaces. Mais, tout comme un effet secondaire, ces convertisseurs créent beaucoup de ces harmoniques supplémentaires. Ils font circuler l’électricité de manière ondulée et inégale au lieu d’un motif lisse et propre.
Ces harmoniques peuvent provoquer des creux et des irrégularités dans la tension du réseau, qui est comme la « route principale » de l'électricité. C'est un peu comme conduire sur une route cahoteuse : cela pourrait ralentir les choses et rendre la conduite moins confortable.
À mesure que la technologie progresse, la gestion de ces harmoniques devient encore plus cruciale pour maintenir notre alimentation électrique propre et fiable, tout comme maintenir une autoroute fluide sur laquelle l’électricité circule.
La lutte contre les distorsions harmoniques dans les systèmes électriques est cruciale pour maintenir la qualité de l’énergie, garantir la longévité des équipements et prévenir les perturbations. Deux approches principales pour atténuer les harmoniques sont le filtrage passif et le filtrage actif, chacune ayant ses propres avantages et applications.
Filtres harmoniques passifs : les filtres passifs sont essentiellement une combinaison d'inductances (bobines), de condensateurs et parfois de résistances, conçues pour atténuer des fréquences harmoniques spécifiques. Ils fonctionnent sur le principe de circuits résonants, ciblant et absorbant les courants harmoniques avant qu’ils ne puissent retourner dans le réseau électrique. Les filtres passifs sont relativement simples, robustes et nécessitent un entretien minimal.
Ils sont particulièrement efficaces pour réduire les harmoniques de rang inférieur (par exemple, 3e, 5e, 7e) et sont souvent rentables pour les applications où le spectre harmonique est prévisible et stable. Cependant, leur réglage fixe les rend moins adaptables aux charges harmoniques changeantes, et ils peuvent potentiellement entrer en résonance avec les impédances du système, provoquant une surtension ou amplifiant d'autres ordres harmoniques s'ils ne sont pas soigneusement conçus.
Filtres harmoniques actifs (AHF) : en revanche, les filtres actifs utilisent des composants électroniques de puissance pour surveiller activement et injecter des courants de compensation dans le système afin d'annuler les courants harmoniques. Les AHF se composent de convertisseurs de puissance, d'algorithmes de contrôle et d'un condensateur de liaison CC. En analysant constamment le contenu harmonique du réseau, ils génèrent des contre-signaux précis qui annulent l'impact des harmoniques en temps réel.
Cette adaptabilité permet aux AHF de gérer une large gamme de fréquences harmoniques, ce qui les rend très efficaces dans des environnements de charge complexes et variables. Ils peuvent ajuster dynamiquement leur stratégie de compensation à mesure que le profil harmonique change, garantissant ainsi des performances optimales même avec des charges imprévisibles. Bien que les AHF offrent une flexibilité et une précision supérieures en matière d'atténuation des harmoniques, ils ont un coût initial plus élevé et nécessitent des systèmes de contrôle plus sophistiqués que les filtres passifs.
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