Quelles sont les harmoniques dans les systèmes électriques et quelles en sont les causes ?

Dans un système électrique, les harmoniques désignent les composantes dont les fréquences sont des multiples entiers supérieurs à la fréquence fondamentale obtenue en décomposant une grandeur alternative périodique non sinusoïdale par série de Fourier, et elles sont généralement appelées harmoniques supérieures.

Les principales causes des harmoniques sont les suivantes :

• Présence de charges non linéaires : C'est la cause principale de la génération d'harmoniques. Par exemple, les dispositifs électroniques de puissance, y compris les redresseurs, les onduleurs et les convertisseurs de fréquence, les dispositifs semi-conducteurs à l'intérieur distordent les formes d'onde de courant et de tension lors de leur fonctionnement, générant ainsi des harmoniques. Prenons un redresseur comme exemple. Il convertit le courant alternatif en courant continu. Au cours du processus de conversion, le courant d'entrée présente une forme d'onde non sinusoïdale et contient un grand nombre de composantes harmoniques. De plus, des équipements tels que les fours à arc et les lampes fluorescentes sont également des charges non linéaires courantes. Dans le processus de fabrication de l'acier dans un four à arc, l'instabilité de l'arc entraîne des fluctuations de courant et génère des harmoniques. En raison de la fonction du ballast dans une lampe fluorescente, la forme d'onde du courant sera également distordue, générant des harmoniques.

• Courant d'excitation des transformateurs : Lorsqu'un transformateur est en fonctionnement, une saturation magnétique se produit dans son noyau de fer, ce qui entraîne que le courant d'excitation n'est plus une onde sinusoïdale, générant ainsi des harmoniques. En particulier, lorsque le transformateur est mis sous tension sans charge ou fonctionne avec une charge légère, les composantes harmoniques du courant d'excitation seront plus évidentes.

• Déséquilibre du système d'alimentation : Lorsque les charges de chaque phase dans un système d'alimentation triphasé sont déséquilibrées, cela entraîne l'asymétrie du courant et de la tension, générant ainsi des harmoniques. Par exemple, sur certains sites industriels, en raison des différents équipements connectés à chaque phase, il peut se produire une situation de déséquilibre de charge triphasée, provoquant l'apparition d'harmoniques dans le système d'alimentation.

Les harmoniques peuvent provoquer un chauffage accru et des pertes plus importantes dans les équipements électriques, affectant le fonctionnement normal et la durée de vie des équipements. Ils peuvent également interférer avec les systèmes de communication et déclencher des résonances dans le système électrique et d'autres problèmes. Par conséquent, des mesures appropriées doivent être prises pour y remédier.