Filtre harmonique actif à MOSFET en carbure de silicium (SiC) Ultra AHF
Que sont les harmoniques ?
Les harmoniques désignent les fréquences supplémentaires présentes dans un système électrique, qui sont des multiples de la fréquence fondamentale. Dans un réseau électrique idéal, la fréquence fondamentale est généralement de 50 ou 60 Hz, selon la région. Cependant, la présence de charges non linéaires et d'autres perturbations peut introduire des harmoniques dans le système.
Harmoniques dues à des charges non linéaires Les charges non linéaires, telles que les dispositifs d'électronique de puissance (redresseurs, onduleurs, variateurs de fréquence, etc.), peuvent engendrer des distorsions du courant, générant ainsi des courants harmoniques. Ces courants harmoniques possèdent des fréquences qui sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale. Par exemple, la deuxième harmonique correspond à deux fois la fréquence fondamentale, la troisième à trois fois la fréquence fondamentale, et ainsi de suite.
Quels sont les effets des harmoniques ?
Les harmoniques sont des composantes de fréquence qui sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale dans un système électrique. Dans les réseaux électriques, les harmoniques peuvent être générées par des charges non linéaires telles que les dispositifs d'électronique de puissance, les variateurs de vitesse et certains types d'éclairage. Ces charges non linéaires consomment des courants non sinusoïdaux, ce qui entraîne une distorsion harmonique des formes d'onde de tension et de courant du réseau électrique.
Les dispositifs générateurs d'harmoniques les plus courants sont énumérés ci-dessous : alimentations à découpage, postes à souder, onduleurs, anciens convertisseurs de fréquence à thyristors, variateurs de vitesse, convertisseurs à redresseurs commandés, contrôleurs CC pour variateurs CC, fours à induction.
Dispositifs générateurs d'harmoniques les plus courants provenant de charges non linéaires
Quels sont les effets des harmoniques ?
Les effets des harmoniques peuvent être classés en plusieurs catégories :
● Surchauffe des équipements : Les courants harmoniques circulant dans les transformateurs, les câbles et autres composants peuvent provoquer une surchauffe due aux pertes supplémentaires qu’ils engendrent. Ceci peut réduire la durée de vie des équipements, augmenter les coûts de maintenance, voire entraîner une panne.
● Distorsion du courant et de la tension : Les courants harmoniques peuvent provoquer une distorsion de la tension, entraînant une déformation de la forme d’onde de la tension d’alimentation. Ceci peut affecter les équipements électroniques sensibles, provoquant des dysfonctionnements et une augmentation du taux d’erreur. Les courants harmoniques peuvent également circuler dans le conducteur neutre, ce qui engendre une distorsion du courant de neutre et un échauffement supplémentaire de ce dernier.
● Résonance : Les harmoniques peuvent interagir avec l’impédance du système et créer des conditions de résonance, amplifiant ainsi la réponse du système à certaines fréquences. La résonance peut entraîner une augmentation de la distorsion de la tension et du courant, des dommages matériels et une instabilité du système.
● Dégradation de la qualité de l'énergie : Les harmoniques peuvent entraîner une mauvaise qualité de l'énergie, notamment une réduction du facteur de puissance, une augmentation du taux de distorsion harmonique (THD) et une distorsion de la symétrie du signal. Ces problèmes peuvent engendrer des pertes d'énergie accrues, une baisse du rendement du système et une augmentation des coûts d'électricité.
● Interférences : Les harmoniques peuvent provoquer des interférences électromagnétiques (IEM) dans les systèmes de communication, affectant le fonctionnement d'équipements sensibles tels que les systèmes de télécommunications, les systèmes audio/vidéo et les réseaux de données.
Pour atténuer les effets des harmoniques, diverses mesures peuvent être prises, notamment l'utilisation de filtres harmoniques, la conception et l'exploitation de systèmes électriques à faible distorsion harmonique et le respect des normes et directives pertinentes en matière de contrôle des harmoniques.
Dimensions
Filtre harmonique actif Intone Power-AHF
Le filtre actif d'harmoniques Intone Power AHF constitue une solution complète et performante aux problèmes de qualité de l'énergie du réseau électrique, tels que les harmoniques, la puissance réactive et le déséquilibre de charge triphasé. Installé en parallèle sur le réseau, l'Intone Power AHF détecte en temps réel les harmoniques, génère un courant de compensation de phase inverse via le convertisseur et filtre dynamiquement ces harmoniques.
Les filtres harmoniques actifs Intone Power-AHF sont des produits d'électronique de puissance statiques qui utilisent une logique numérique et des semi-conducteurs IGBT pour générer un courant injecté dans le réseau électrique afin d'annuler les courants harmoniques induits par des charges non linéaires. Les filtres AHF utilisent des transformateurs de courant pour mesurer le courant de charge et déterminer la teneur en harmoniques. Leur fonctionnement est insensible aux variations de charge et aux différentes structures de réseau. Ils ne génèrent aucune oscillation harmonique, assurant ainsi un contrôle optimal des harmoniques sous diverses charges.
Structure topologique interne du filtre harmonique actif
Les systèmes AHF permettent également de corriger un faible facteur de puissance dynamique (DPF) et d'équilibrer le courant du réseau. La correction du DPF est possible pour les charges capacitives (en avance de phase) ou inductives (en retard de phase) à l'origine d'un DPF faible. L'équilibrage du courant du réseau est réalisé en mesurant le courant de séquence inverse et en injectant le courant de séquence inverse correspondant afin d'équilibrer le courant sur le réseau en amont. Par ailleurs, Intone Power-AHF contrôle le déséquilibre du courant de charge triphasé, assurant ainsi une gestion complète des différents problèmes de qualité de l'énergie sur le réseau électrique.
Les principales fonctions
● Combinaison de la méthode FFT et de la théorie de la puissance instantanée
● Multifonctionnel – Combinaison de l'atténuation des harmoniques, de la correction du facteur de puissance (inductive et capacitive) et de la compensation du déséquilibre
● Large plage de filtrage harmonique : des harmoniques du 2e au 51e ordre
● Excellente correction du déséquilibre : à la fois des signaux de séquence inverse et homopolaire, atténue le courant neutre
● Efficacité de filtrage harmonique élevée > 98,4 %
Fonctions principales du filtre harmonique actif
● Temps de réponse rapide : moins de 5 ms
● Haute stabilité – évite la résonance grâce à l'élimination automatique des harmoniques
● Large plage de tension d'entrée et de fréquence pour une adaptation aux environnements électriques difficiles.
● Protection contre les surcharges grâce à la limitation automatique du courant de sortie
● Interface homme-machine (IHM) à écran tactile de 7 ou 10 pouces pour la programmation et la surveillance de divers paramètres électriques et de qualité de l'énergie, des alarmes et des journaux.
● Fonctionnement en parallèle disponible : 12 modules peuvent être connectés en parallèle
● Application flexible : Conception modulaire intégrée dans des boîtiers standard ou personnalisés
● Adaptabilité environnementale : température de 10 °C à 50 °C (sans déclassement)
● Installation et maintenance faciles – Installation par enfichage des modules AHF pour le remplacement ou l'extension
● Protection matérielle : Protection contre les surtensions du bus V ; Protection contre les surtensions
● Protection logicielle : protection contre les surintensités instantanées CA ; protection contre les surintensités réelles CA ; protection contre les surtensions du bus V ; protection contre les surtensions CA ; protection contre les sous-tensions CA ; protection contre la surchauffe ;
modules montés en rack et muraux
Les modules rack de filtres harmoniques actifs Intone Power sont des unités AHF conçues pour être installées dans une baie ou une armoire. Ces modules intègrent généralement les composants nécessaires, tels que l'électronique de puissance, les circuits de commande et les systèmes de refroidissement, pour assurer la compensation de la puissance réactive. Les modules rackables sont couramment utilisés dans les applications industrielles, les centres de données et les installations électriques de grande envergure nécessitant plusieurs unités AHF.
modules rack de filtre harmonique actif
Les modules muraux de filtre harmonique actif sont conçus pour une installation directe au mur ou sur toute autre surface de montage. Compacts, ils intègrent tous les composants nécessaires dans un seul boîtier, ce qui les rend idéaux pour les petites applications ou les espaces restreints. On les retrouve fréquemment dans les bâtiments commerciaux, les bureaux et les petites installations électriques.
modules muraux de filtre harmonique actif
Les modules Intone Power-AHF prennent en charge : 15 A, 25 A, 30 A, 50 A, 75 A, 100 A, 125 A, 150 A, de 220 V à 690 V, pour les réseaux 50 Hz et 60 Hz.
Les modules AHF, qu'ils soient montés en rack ou muraux, remplissent la même fonction : la compensation de la puissance réactive et la stabilisation de la tension. Le choix entre les deux dépend des exigences spécifiques de l'installation, de l'espace disponible et d'autres facteurs tels que les besoins d'évolutivité et d'extension.
Avantages du filtre harmonique actif
Qualité de l'énergie améliorée
L'avantage le plus évident des filtres harmoniques actifs est l'amélioration de la qualité de l'énergie. En atténuant activement les harmoniques et en corrigeant les facteurs de puissance, ces filtres garantissent une alimentation électrique stable et propre. Il en résulte une réduction significative de la distorsion de tension, une minimisation des risques de dysfonctionnement des équipements et une amélioration des performances globales des appareils sensibles.
efficacité énergétique
Les filtres harmoniques actifs contribuent à améliorer l'efficacité énergétique de plusieurs manières. En réduisant la consommation d'énergie réactive du réseau, ils limitent les pertes d'énergie. De plus, ils optimisent le fonctionnement des équipements en maintenant un facteur de puissance proche de l'unité. Il en résulte des factures d'énergie moins élevées et un impact environnemental réduit.
Avantages du filtre harmonique actif
Avantages du filtre harmonique actif
La présence d'harmoniques peut être préjudiciable aux équipements électriques. Elle peut entraîner une surchauffe, une réduction de la durée de vie des équipements et, dans certains cas, une panne catastrophique. Les filtres harmoniques actifs jouent un rôle crucial dans la protection des équipements contre ces effets néfastes, garantissant ainsi le bon fonctionnement des installations.
Conformité aux normes
De nombreux pays et régions appliquent des réglementations et des normes strictes pour garantir la qualité de l'énergie électrique. Les filtres harmoniques actifs aident les installations à respecter ces exigences en contrôlant efficacement le facteur de puissance et la distorsion harmonique. La conformité à ces normes permet non seulement d'éviter d'éventuelles sanctions, mais aussi d'assurer une alimentation électrique fiable et stable.
Économies de coûts
Bien que l'installation de filtres harmoniques actifs comme les SVG représente un coût initial, les économies à long terme peuvent être substantielles. La baisse des factures d'énergie, la réduction des coûts de maintenance et l'allongement de la durée de vie des équipements contribuent à un retour sur investissement très intéressant.
Applications typiques des filtres harmoniques actifs
Les filtres harmoniques actifs trouvent des applications dans divers secteurs industriels et installations où la qualité et l'efficacité de l'énergie sont essentielles. Voici quelques applications typiques :
Installations de fabrication
Les environnements de production comportent souvent de nombreuses charges non linéaires, telles que des variateurs de fréquence, des postes de soudage et des machines à commande numérique. Ces charges sont connues pour générer des harmoniques susceptibles d'entraîner des problèmes de qualité de l'énergie. Des filtres harmoniques actifs sont utilisés pour garantir une qualité d'énergie stable, minimiser les temps d'arrêt des équipements et optimiser la consommation d'énergie.
Filtre harmonique actif dans les installations de fabrication
Centres de données
Les centres de données sont extrêmement sensibles aux perturbations de la qualité de l'alimentation électrique. Toute coupure de courant peut entraîner des pertes de données et des pannes système. Des filtres harmoniques actifs sont utilisés pour se prémunir contre les distorsions de tension et garantir le fonctionnement continu des infrastructures informatiques critiques.
Filtre harmonique actif dans un centre de données
Bâtiments commerciaux
Dans les bâtiments commerciaux, de nombreuses charges, telles que l'éclairage, les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) et les ascenseurs, peuvent engendrer des problèmes de qualité de l'énergie. Les filtres harmoniques actifs contribuent à maintenir la qualité de l'énergie, à réduire les coûts énergétiques et à protéger les systèmes du bâtiment.
Filtre harmonique actif dans le système CVC
Systèmes d'énergie renouvelable
Avec le développement des énergies renouvelables comme le solaire et l'éolien, les filtres harmoniques actifs jouent un rôle essentiel pour garantir la qualité de l'électricité produite et injectée dans le réseau. Ils contribuent à réguler la production de ces sources d'énergie intermittentes, les rendant ainsi plus fiables et plus efficaces.
Filtre harmonique actif dans la station de recharge pour véhicules électriques
Grandes usines industrielles
Les grandes installations industrielles, dotées d'une large gamme de machines et de procédés, sont souvent confrontées à des problèmes liés à la qualité de l'énergie électrique. Des filtres harmoniques actifs sont utilisés pour gérer les facteurs de puissance et atténuer les harmoniques, ce qui permet d'améliorer l'efficacité et de protéger les équipements.
Filtre harmonique actif dans les fours à arc électrique