Quelles sont les causes des harmoniques dans les systèmes électriques

Les harmoniques dans les systèmes électriques sont causées par des charges non linéaires qui produisent des formes d'onde de courant ou de tension non sinusoïdales dans les systèmes à courant alternatif. Les harmoniques sont des composantes en onde sinusoïdale avec des multiples entiers de fréquences autres que les fréquences fondamentales. Voici quelques-unes des principales causes d'harmoniques dans les systèmes électriques :

Charge non linéaire

Les charges non linéaires sont celles dans lesquelles le courant n'est pas linéairement lié à la tension. Ce type de charge est courant dans le système de puissance, et les sources principales incluent :

• Redresseur : un dispositif utilisé pour convertir le courant alternatif en courant continu, tel qu'un adaptateur secteur, un convertisseur de fréquence, etc.

• Alimentation à découpage : l'alimentation couramment utilisée dans les équipements électroniques modernes, tels que les alimentations d'ordinateurs, les chargeurs de téléphones mobiles, etc.

• Onduleur : un dispositif utilisé pour convertir le courant continu en courant alternatif, couramment trouvé dans les systèmes photovoltaïques solaires, les stations de recharge de véhicules électriques, etc.

• Variateur de fréquence : un dispositif utilisé pour contrôler la vitesse d'un moteur, largement utilisé dans le domaine de l'automatisation industrielle.

• Machine à souder à l'arc : le courant non linéaire est généré pendant le processus de soudage.

• Lampes à décharge gazeuse : telles que les lampes fluorescentes, les lampes à sodium haute pression, etc., produiront des harmoniques lors du démarrage et de l'exploitation.

Équipements électroniques de puissance

Les dispositifs électroniques de puissance largement utilisés dans les systèmes de puissance modernes sont également des sources importantes d'harmoniques :

• Convertisseur de fréquence : utilisé pour contrôler la vitesse et le couple d'un moteur à courant alternatif, son principe de fonctionnement produira des harmoniques.

• UPS (alimentation ininterrompue) : des harmoniques sont générées lors du passage en mode alimentation par batterie.

• Convertisseur : un dispositif utilisé pour changer la fréquence du courant alternatif, tel qu'un convertisseur utilisé dans la production d'énergie éolienne.

Moteurs et transformateurs

Même dans les moteurs et transformateurs traditionnels, de légères harmoniques peuvent survenir en raison d'effets tels que la saturation magnétique :

• Moteurs : notamment lors de la phase de démarrage, des harmoniques peuvent être générées en raison de l'influence des courbes de magnétisation non linéaires.

• Transformateur : lorsque le transformateur fonctionne dans la zone saturée, il produira également des harmoniques.

Problèmes liés au réseau lui-même

• Charge déséquilibrée : une charge déséquilibrée dans un système triphasé peut provoquer la présence d'harmoniques dans le courant neutre.

• Transmission à longue distance : au cours de la transmission à longue distance, les effets d'inductance et de capacité de la ligne peuvent entraîner l'amplification des harmoniques.

Autres facteurs

• Vieillissement des équipements de puissance : les équipements de puissance plus anciens peuvent produire des harmoniques supplémentaires en raison de la dégradation des composants internes.

• Défauts de conception : les systèmes de puissance mal conçus peuvent conduire à l'amplification ou à la génération d'harmoniques.

Effets des harmoniques

Les harmoniques peuvent causer une variété d'effets néfastes sur les systèmes de puissance, y compris mais sans s'y limiter :

• Augmentation des pertes d'équipement : les harmoniques peuvent entraîner des pertes supplémentaires des moteurs, transformateurs et autres équipements, raccourcissant leur durée de vie.

• Réduction de l'efficacité du système : les harmoniques peuvent réduire l'efficacité du système et augmenter la consommation d'énergie.

• Affecter la précision de mesure : les harmoniques interféreront avec la précision de mesure des compteurs d'énergie, entraînant un calcul incorrect des frais d'électricité.

• Interférence avec le système de communication : les harmoniques causeront des interférences avec le système de communication et affecteront la qualité de la transmission du signal.

• Déclenchement de résonance : dans certains cas, les harmoniques peuvent résonner avec les inductances et les condensateurs du système, provoquant des problèmes graves de qualité de l'énergie.

Mesures de suppression des harmoniques

Pour réduire l'impact des harmoniques, les mesures suivantes sont généralement prises :

• Filtres : installer des filtres passifs ou actifs pour absorber ou contrebalancer les harmoniques.

• Augmenter l'inductance de la charge : en augmentant l'inductance de la charge pour supprimer les harmoniques.

• Améliorer les caractéristiques de la charge : utiliser une charge avec un faible contenu harmonique, telle qu'un redresseur triphasé au lieu d'un redresseur monophasé.

• Compensation de puissance réactive dynamique : utiliser des équipements tels que le GSV (générateur statique de puissance réactive) pour la compensation de puissance réactive dynamique.

Conclusion

Les harmoniques dans les systèmes électriques sont principalement causées par des charges non linéaires, telles que les redresseurs, les alimentations à découpage, les onduleurs, les variateurs de fréquence, etc. Les harmoniques peuvent avoir un impact négatif sur les performances et la fiabilité du système de puissance, il est donc nécessaire de prendre des mesures appropriées pour supprimer ou éliminer les harmoniques.