Quelques questions sur les harmoniques

Que sont les harmoniques et comment cela affecte-t-il un système électrique?

Les harmoniques sont la partie d’un signal dont les fréquences sont des multiples intégraux de la fréquence fondamentale du système. Par exemple, avec une fréquence fondamentale 50Hz, nous pouvons nous attendre à des harmoniques à 100Hz, 150Hz, 200Hz, et ainsi de suite. Après l’avoir définie, nous verrons maintenant sa pertinence dans les systèmes électriques. Lorsque nous parlons de tensions ou de courants alternatifs, nous supposons qu’il est de forme sinusoïdale. Mais une véritable sinusoïde est idéale et il est presque impossible de créer cette forme d’onde dans la réalité. Toutes les formes d’onde AC ont tendance à s’écarter de la forme sinusoïdale idéale, bien que le degré de déviation puisse varier de très peu à beaucoup plus. Nous appelons ces formes d’onde déformées ou complexes.

Quelles sont les causes des harmoniques dans un système électrique?

Avec cette compréhension sur les harmoniques, nous pouvons maintenant passer à comprendre ce qui donne naissance à ces harmoniques. Toutes les charges électriques relèvent de deux catégories. L’une est la charge linéaire qui dessine la tension et le courant dans la forme sinusoïdale mais peut avoir un décalage de phase. Les résistances, inducteurs, condensateurs et leurs combinaisons relèvent de cette catégorie. L’autre est la charge non linéaire qui entraîne le courant par impulsions brusques plutôt qu’une sinusoïde lisse indiquant une réponse déformée. L’électronique de puissance moderne consistant à inverser, rectifier, charger et décharger les circuits, etc., relève de cette catégorie. C’est cette charge non linéaire qui donne naissance aux harmoniques.

Certaines des sources d’harmoniques que nous voyons dans notre vie quotidienne comprennent les lumières CFL/ fluorescentes, ballasts électroniques, régulateurs de ventilateur, onduleurs et onduleurs, soudeurs à l’arc, transformateurs sous charge no/light et systèmes d’énergie solaire.

Pourquoi les harmoniques sont-ils mauvais?

En général, la distorsion de tension n’est pas du tout souhaitée car elle peut entraîner une augmentation de la valeur effective de la tension de crête et peut également modifier la valeur RMS du courant et entraîner une augmentation des pertes. Dans les lignes de transmission, les capacités parasites qui sont généralement faibles à la fréquence standard augmente considérablement en raison des harmoniques de fréquence plus élevée (réactance Capacitive étant inversement proportionnelle à la fréquence) résultant en qualité de la puissance fournie étant mauvaise en raison du facteur de puissance plus faible.

Dans les transformateurs, les pertes de fer varient en général avec le carré de la fréquence. En raison de la présence d’harmoniques de fréquence plus élevée, les pertes de fer dans un transformateur sont augmentées. Il peut également conduire à une résonance entre l’inductance et la capacité du transformateur, ce qui peut conduire à des vibrations indésirables du cœur du transformateur.

Il en va de même pour les moteurs et générateurs. Le flux d’harmoniques dans le stator génère un flux parasite qui peut entraîner le chauffage du rotor, des couples de pulsations, la génération de bruit qui affecte la durée de vie globale. En outre, les harmoniques affectent également le fonctionnement des appareils de mesure, des relais et peuvent aussi parfois interférer avec les réseaux de communication.

Bien que différents filtres soient disponibles pour l’élimination des harmoniques, c’est toujours un mal de tête dans certaines situations. Donc, lorsque vous verrez votre ventilateur de plafond faire des bruits étranges en courant sur un onduleur, pointez vers lui et dites "c’est des harmoniques!!!".