Révisé : Introduction de base à Harmoniques

Introduction aux harmoniques

Les harmoniques existent depuis le début du XXe siècle, lorsque les ingénieurs et les scientifiques ont identifié pour la première fois les charges discontinues dues à l'invention du tube à vide. Initialement, les effets des harmoniques étaient négligeables et largement ignorés par les ingénieurs. Cependant, avec les progrès technologiques et l'avènement de l'électronique sophistiquée, comme l'éclairage électronique, les alimentations sans interruption, les automates programmables et les variateurs de fréquence, les harmoniques ont commencé à se manifester. Qualité de l'énergie Les harmoniques ont un impact considérable sur la qualité des signaux produits par ces appareils, ce qui a nécessité des modifications de leur conception, des procédés de filtrage et des procédures d'installation. Malgré les progrès réalisés en ingénierie et une sensibilisation accrue, il reste indispensable de réduire davantage les harmoniques. Cet article vise à vous fournir les connaissances essentielles pour en atténuer l'impact.

Définition des harmoniques

Dans un système électrique Système d'alimentationLes harmoniques sont définies comme des multiples du courant ou de la tension à la fréquence fondamentale. Lorsqu'une forme d'onde s'écarte de la sinusoïde attendue, elle contient des harmoniques.

Causes des harmoniques

Les signaux CA sont classés comme linéaires ou non linéaires en fonction de la manière dont les systèmes tirent leur énergie de la source d'alimentation. Les harmoniques sont causées par des systèmes non linéaires, qui consomment des courants sous forme d'impulsions courtes et abruptes. Ces impulsions déforment les formes d'onde, générant des harmoniques qui entraînent des problèmes de puissance affectant à la fois la charge et le système de distribution. Des exemples de systèmes de charge non linéaire incluent les appareils électroniques comme les téléviseurs.

Harmoniques électriques fondamentales

L'énergie provient du générateur et sa fréquence est appelée fréquence fondamentale ou première fréquence harmonique, généralement 50 Hz ou 60 Hz, selon les pays. Tous les systèmes électriques et électroniques sont conçus pour fonctionner efficacement à cette fréquence.

Ordres harmoniques et formes d'onde complexes

Harmoniques du second ordre

Les harmoniques du second ordre ont des fréquences de 100 Hz, soit le double de la fréquence fondamentale de 50 Hz. Lorsque les harmoniques fondamentales atteignent zéro, les harmoniques du second ordre atteignent leur maximum, et vice versa. Cela amène la deuxième harmonique à initier un flux de courant inverse, affectant les moteurs à induction en s'opposant au champ magnétique rotatif, ce qui entraîne un couple mécanique plus faible. Ce type d’harmonique est également appelé séquence négative.

Harmoniques du troisième ordre

Les harmoniques du troisième ordre ont une fréquence de 150 Hz, soit trois fois la fréquence fondamentale. Ces harmoniques sont particulièrement dangereuses. Lorsque les courants harmoniques de troisième et fondamental atteignent zéro simultanément, ils culminent à des points opposés, créant un courant homopolaire qui augmente la tension neutre dans le système électrique. Cette augmentation peut déclencher des disjoncteurs en raison du courant de troisième harmonique, également appelé triplens.

Harmoniques du quatrième ordre

Les harmoniques du quatrième ordre ont une fréquence de 200 Hz, soit quatre fois la fréquence fondamentale. Les harmoniques fondamentales et de quatrième ordre atteignent simultanément leurs valeurs maximales. Cela augmente le courant circulant dans un conducteur, ce qui augmente la température de l'équipement, également connu sous le nom d'harmoniques positives.

Harmoniques du cinquième ordre

Les harmoniques du cinquième ordre ont une fréquence de 250 Hz et partagent des caractéristiques avec les harmoniques du troisième ordre mais fonctionnent à une fréquence plus élevée.

Analyse de forme d'onde

D'après les formes d'onde, il est évident qu'une forme d'onde complexe comprend une combinaison d'harmoniques et de forme d'onde fondamentale, chacune avec ses angles de phase et ses valeurs de crête. Les valeurs des harmoniques peuvent être calculées à l'aide de la formule :

Secondes harmoniques : E2 = V(max)Sin(2Π*2ft)

Troisième harmonique : E3 = V(max)Sin(2π*3ft)

Quatrième harmonique : E4 = V(max)Sin(2π*4ft)

Ce processus se poursuit pour les harmoniques d’ordre supérieur. Ainsi, l’équation d’une forme d’onde complexe est :

Séquençage harmonique

Vous trouverez ci-dessous un résumé du séquençage harmonique, illustrant comment la fréquence passe de la fréquence fondamentale aux ordres supérieurs.

Résumé des effets harmoniques

De cet article, nous pouvons conclure que :

- Les harmoniques sont des multiples de la fréquence fondamentale.

- Les harmoniques augmentent la chaleur générée par un système, affectent les niveaux de tension et ont un impact sur le couple du moteur.

- La fréquence fondamentale est soit de 50 Hz, soit de 60 Hz selon les pays.

- Les harmoniques du second ordre ont une fréquence de 100 Hz.

- Les harmoniques du troisième ordre ont une fréquence de 150 Hz.