Où se trouvent la plupart des harmoniques, de la 2e à la 51e harmonique ?

DANS tout système contenant charges non linéaires qui utilisent le contrôle de l'angle de phase ou la commutation brusque , en particulier ceux qui consomment un courant non sinusoïdal. La plage spécifique de « 2e à 51e » est une caractéristique classique de certaines technologies. Voici les endroits les plus courants où l'on trouve un spectre harmonique aussi large :

1. L'exemple classique : réacteur à thyristors (TCR) dans les centrales SVC

C'est la réponse la plus directe à votre question. Comme indiqué précédemment, Réacteur contrôlé par thyristors (TCR) est le générateur principal d'un spectre continu allant de la 2e à la 51e harmonique. Si l'on mesurait la forme d'onde du courant aux bornes d'un TCR, sa distorsion harmonique serait caractérisée par cette plage exacte.

2. Installations industrielles équipées de régulateurs de tension alternative haute puissance

Tout processus industriel qui utilise le contrôle de l'angle de phase avec des thyristors (SCR) ou des triacs pour faire varier la puissance d'une charge résistive ou inductive générera ce spectre.

• Chauffage industriel : Grands fours à arc électrique, fours de chauffage par induction et équipements de soudage par résistance. L'intensité et les variations rapides du courant électrique créent une distorsion importante.

• Grands variateurs d'éclairage : Systèmes d'éclairage à incandescence ou à transformateur très anciens ou de qualité industrielle utilisant des gradateurs à angle de phase.

• Démarreurs progressifs pour moteurs à courant alternatif : Bien qu'ils ne soient actifs qu'au démarrage, ils injectent pendant cette période un spectre harmonique similaire dans le réseau d'alimentation.

3. Saturation du noyau magnétique (un cas particulier pour les harmoniques d'ordre pair)

La présence de 2e, 4e, 6e... Les harmoniques (d'ordre pair) constituent un signal d'alarme spécifique. Elles sont moins fréquentes dans les circuits électroniques de puissance standard et signalent un phénomène particulier :

• Transformateurs et réacteurs fonctionnant en saturation : Lorsque le noyau magnétique d'un transformateur ou d'un réacteur est poussé à saturation (par exemple en raison d'une surtension, d'orages géomagnétiques ou d'une conception incorrecte), le courant magnétisant devient asymétrique et riche en harmoniques d'ordre pair , en particulier la 2e. Il s'agit d'un scénario classique où l'on verrait la 2e harmonique prédominer dans la plage 2e-51e.

4. Charges d'arc

• Fours à arc électrique (FAE) : Il s'agit d'une source majeure. L'arc électrique lui-même est une charge hautement non linéaire et chaotique. Sa caractéristique tension-courant est erratique, générant un spectre d'harmoniques très large et continu, couvrant tous les ordres, du 2e rang jusqu'aux très hautes fréquences. La nature aléatoire de l'arc assure une large distribution.

5. Cas rares et problématiques

• Redresseurs demi-onde : Un redresseur demi-onde consomme du courant uniquement pendant la moitié du cycle. Cela crée une forme d'onde asymétrique (décalage CC) et fortement déformée, riche en harmoniques d'ordre pair (2e, 4e, 6e...) ainsi que les harmoniques d'ordre impair. Bien que rares dans les conceptions professionnelles en raison de leur impact négatif, on les retrouve dans des alimentations grand public très bon marché ou défectueuses.

Pourquoi ne voyons-nous pas cela plus souvent avec l’électronique moderne ?

Les alimentations à découpage modernes (dans les ordinateurs, les serveurs, les pilotes de LED) et les variateurs de fréquence (VFD) utilisent un mécanisme différent : ponts redresseurs à diodes/transistors suivis d'un condensateur CC .

• Ils tirent du courant sous forme d'impulsions courtes et nettes au sommet de la forme d'onde de tension.

• Ce type de non-linéarité génère principalement harmoniques d'ordre impair (3e, 5e, 7e, 9e, 11e...) .

• Le 3ème harmonique et ses multiples (triples) sont généralement ceux dont la magnitude est la plus élevée.

Recherchez des équipements industriels de grande taille et puissants qui utilisent des thyristors pour « couper » la forme d'onde CA (comme les TCR) ou qui impliquent des arcs électriques instables (comme les fours à arc).

La présence d'un spectre large et continu comprenant des harmoniques d'ordre pair importantes (2e, 4e) est un indicateur fort de contrôle de l'angle de phase ou saturation du noyau , par opposition à la consommation de courant de type impulsion des redresseurs modernes, qui crée principalement des harmoniques d'ordre impair.