- Qu'est-ce que les harmoniques dans le système électrique?
- Pourquoi est-il nécessaire d'éliminer les harmoniques dans le système d'alimentation?
- Type de filtres d'harmoniques
- Filtres harmoniques passifs
- Filtres harmoniques actifs
- Comment sélectionner les filtres harmoniques
Qu'est-ce que les harmoniques dans le système électrique?
Dans les réseaux électriques, les harmoniques sont définies comme des multiples entiers positifs de la fréquence fondamentale. L'harmonique est une tension ou un courant qui se produit à un multiple de la fréquence fondamentale. Il est souvent considéré comme du bruit dans la ligne électrique.
Les harmoniques du système d'alimentation peuvent être classées en deux types: les harmoniques de courant et les harmoniques de tension.
Les harmoniques de courant induites par la charge non linéaire comme les VSD (variateurs de vitesse). Les charges non linéaires tirent du courant de la ligne électrique qui n'est pas dans une forme d'onde sinusoïdale parfaite. La forme d'onde de courant non sinusoïdal peut être une série complexe de simples sinusoïdes qui peuvent osciller à un entier, multiple de la fréquence fondamentale de la ligne électrique.
Dans la plupart des cas, les harmoniques de tension sont causées par les harmoniques de courant. L'harmonique de tension se produit en raison de la tension déformée produite par l'effet des harmoniques de courant avec l'impédance de la source.
L'image ci-dessus montre la forme d'onde du courant affligé à travers la charge non linéaire. Ici, la forme d'onde de courant déformée ne suit pas l'onde sinusoïdale. Cela montre les harmoniques de courant dans le système d'alimentation.
Pourquoi est-il nécessaire d'éliminer les harmoniques dans le système d'alimentation?
Le courant et les harmoniques de tension sont directement proportionnels au transfert de puissance bruyant vers la charge. Divers équipements ménagers et de bureau sont responsables des harmoniques du système électrique. Les harmoniques du système d'alimentation augmentent souvent le courant de charge. Divers instruments, comme les lampes fluorescentes dans les usines ou dans la maison ou le bureau, sont affectés par les harmoniques et souffrent de divers dysfonctionnements. Les moteurs sont extrêmement affectés par les harmoniques du système d'alimentation.
Parfois, les harmoniques dans les systèmes d'alimentation peuvent être très dangereux et augmenter la puissance fournie aux instruments, ce qui entraîne une augmentation de la température de la charge et peut raccourcir la durée de vie de l'instrument.
Pour surmonter ces harmoniques du système d'alimentation, il est nécessaire de reconstruire la connexion d'alimentation pour piloter des charges non linéaires et d' introduire des filtres d'harmoniques dans le système d'alimentation.
Type de filtres d'harmoniques
Filtres d'harmoniques très efficaces pour protéger les équipements électriques coûteux des sorties de puissance déformées dues aux harmoniques. Il existe différents types de filtres d'harmoniques disponibles sur le marché électrique et électronique en fonction de la puissance nominale, de la tension appliquée, monophasée ou triphasée et d'autres paramètres dépendant de la charge.
Cependant, il existe deux principaux types de filtres d'harmoniques disponibles: les filtres d'harmoniques passifs et les filtres d'harmoniques actifs.
La principale différence entre ces deux types de filtres harmoniques réside dans les composants utilisés pour la conception du filtre. Les filtres harmoniques passifs utilisent des composants passifs simples, principalement des résistances, des inductances et des condensateurs. Alors que les filtres d'harmoniques actifs utilisent des composants actifs tels que différents types de BJT, IGBT, MOSFET et circuits intégrés.
Les filtres d'harmoniques étant l'équipement de sécurité de la ligne électrique, ils doivent confirmer les normes de sécurité internationales telles que IEEE, EN, AS, BS et la marque UL des laboratoires de l'assureur.
En outre, les filtres d'harmoniques peuvent être conçus dans différents ordres. Comme un filtre harmonique du troisième ordre, les filtres peuvent filtrer la fréquence qui est le troisième multiple de la fréquence fondamentale.
Filtres harmoniques passifs
Les filtres harmoniques passifs sont les filtres harmoniques les plus courants et facilement disponibles. C'est un filtre abordable pour supprimer la perturbation harmonique dans la ligne électrique.
Comme indiqué précédemment, les filtres d'harmoniques passifs utilisent des composants passifs standard tels que des résistances, des inductances et des condensateurs. Ces composants passifs sont utilisés pour former un circuit de réservoir. Le circuit de réservoir est conçu d'une manière spéciale afin qu'il puisse fonctionner à la même fréquence de résonance par rapport aux harmoniques indésirables. Les filtres d'harmoniques passifs bloquent le passage des harmoniques indésirables. Le filtre harmonique passif convertit le courant harmonique en chaleur et protège le terminal ou la charge. Le filtre peut être réglé sur une certaine fréquence qui doit être éliminée en tant qu'harmoniques.
Il existe principalement quatre types de filtres harmoniques passifs:
1. Filtre passe-haut
2. Filtre passe-bande
3. Filtre de type C et
4. Filtre série.
Filtre passe-haut
Les filtres d'harmoniques passifs passe-haut sont utilisés pour éliminer les harmoniques d'ordre supérieur et pour avoir un contrôle flexible sur la large gamme de fréquences. La conception de base du filtre harmonique passe-haut utilise trois composants passifs, une résistance, un condensateur et une inductance.
Dans l'image ci-dessus, nous pouvons voir la construction de base d'un filtre harmonique passe-haut passif. La construction montre la résistance et l'inductance est en parallèle un condensateur en série. Le filtre produit des caractéristiques d'impédance plates dans la plage des hautes fréquences. La haute fréquence diminue la perte de puissance.
Ce type de filtres est principalement utilisé pour filtrer un courant d'ordre 5 ème / 6ème ou supérieur. Souvent, différents filtres sont combinés avec des filtres harmoniques passe-haut pour éliminer la perte de puissance lorsqu'ils sont utilisés dans des applications d'ordre bas ou basse fréquence.
La courbe d'impédance avec la fréquence peut être affichée dans l'image ci-dessous.
Filtre passe-bande
Le filtre harmonique passe-bande est un filtre à double accord. Le filtre harmonique passe-bande se compose de deux condensateurs, de deux inducteurs et d'une seule résistance. Il est également utilisé à des fins de filtration harmonique d'ordre élevé. Ce filtre fonctionne avec la résonance parallèle combinée du filtre passe-bande standard avec la résonance série de l'inducteur et du condensateur combinés.
Dans l'image ci-dessus, le schéma de base du filtre passe-bande est montré. Le circuit de filtrage comporte deux parties, dans la première partie un condensateur C2 et une inductance L2 sont connectés en série tandis que dans la seconde partie une résistance, une inductance et un condensateur sont connectés en parallèle. La première partie et la seconde partie sont également connectées en série.
Les caractéristiques d'impédance avec la fréquence peuvent être indiquées dans le graphique ci-dessous.
Filtre de type C
Le filtre de type C est utilisé pour le niveau bas tel que la filtration harmonique du deuxième ou du troisième ordre. Les filtres de type C ont une perte inférieure à la bande passante équivalente ou au filtre série.
Les filtres de type C se composent de 4 composants passifs - deux condensateurs, un inducteur et une seule résistance.
Dans l'image ci-dessus, la construction de base du filtre de type c est montrée. Un condensateur est connecté en série d'une inductance qui est à nouveau connectée en parallèle avec la résistance. La connexion parallèle à trois composants est à nouveau connectée en série avec un deuxième condensateur.
La résistance supprime le courant fondamental créé par l'inducteur et le condensateur oscillés.
La courbe d'impédance est montrée dans l'image ci-dessous-
Filtre série
Le filtre en série est appelé filtre passif à suppresseur d'harmoniques accordé unique. Ce filtre a les propriétés de construction les plus simples. Seuls trois composants passifs - un seul condensateur, inductance et résistance sont utilisés en série. Ce filtre élimine la fréquence unique.
La construction de ce filtre peut être montrée dans l'image ci-dessous où 3 composants passifs sont connectés en série pour former le filtre harmonique en série accordé unique.
La caractéristique d'impédance est indiquée dans l'image ci-dessous -
Filtres harmoniques actifs
Comme indiqué précédemment, les filtres d'harmoniques passifs sont bons pour éliminer les harmoniques associées dans la ligne électrique. Cependant, la conception du filtre harmonique passif est très complexe et le concepteur doit concevoir les filtres harmoniques passifs conformément aux exigences de puissance réactive de la charge. Dans un tel cas, la conception du filtre passif est très difficile et conduit à un mauvais fonctionnement du facteur de puissance pour certaines conditions de charge.
Dans ce domaine, les filtres actifs sont mieux adaptés pour gérer les harmoniques de la ligne électrique sans les dépendances de puissance réactive de la fréquence fondamentale.
Les filtres harmoniques actifs utilisent une excellente méthode dans laquelle le filtre utilise des composants harmoniques auto-produits et les injecte dans la ligne électrique, ce qui annule les harmoniques indésirables.
Il existe différents types de filtres actifs disponibles qui utilisent différentes topologies pour éliminer les harmoniques dans la ligne électrique.
La conception de filtres harmoniques actifs la plus courante utilise les éléments de base suivants tels que
1. onduleur de source de tension utilisant divers interrupteurs d'alimentation
2. échantillonnage et référence de contrôle de la ligne électrique
Système 3.PWM qui injecte une impulsion de déclenchement PWM dans le système sous forme d'harmoniques.
Le filtre d'harmonique actif utilise un type différent de commutateurs à semi-conducteurs qui nécessitent une alimentation pour fonctionner.
Comment sélectionner les filtres harmoniques
Déterminer le filtre harmonique parfait est assez délicat. Il faut identifier la fréquence harmonique à laquelle les filtres doivent être accordés. Dans quelques cas, le fonctionnement du filtre ne parvient pas à atteindre l'objectif simplement en raison d'un mauvais accord à une certaine fréquence fondamentale où aucune harmonique n'est présente.
La première étape importante consiste à identifier l'ordre des harmoniques et en fonction de l'ordre des harmoniques, le filtre doit être choisi. Pour éliminer la distorsion harmonique à fréquence unique, les filtres harmoniques en série sont efficaces, mais dans quelques cas, des filtres à harmoniques à double accord doivent être utilisés.
Les pertes à travers les filtres doivent également être compensées, qui dépendent fortement du choix du filtre. Parfois, pour un niveau élevé de charges non linéaires, les deux types de filtres harmoniques actifs et passifs sont nécessaires.