Les courants harmoniques sont causés par des charges non linéaires connectées au système de distribution. Une charge est dite non linéaire lorsque le courant qu'elle absorbe n'a pas la même forme d'onde que la tension d'alimentation.
La plupart des harmoniques en courant sont produites par des charges dites non linéaire. en effet, les plus courantes de ces charges sont les démarreurs ou variateurs associés aux moteurs ou machines tournantes, composés de composants électroniques de puissance.
Les principales raisons des distorsions harmoniques sont les caractéristiques de charge non linéaire et de non-linéarité des composants électroniques. La charge non linéaire change l'impédance avec la tension d'entrée appliquée. Cela conduit à des distorsions qui se développeront dans le signal de sortie.
L'installation de filtres, passifs ou actifs, le choix d'un couplage de transformateur adapté ainsi que de montage d'électronique de puissance produisant moins d'harmoniques sont autant de solution pour limiter le taux de distorsion du courant et de la tension électrique.
Principaux générateurs d'harmoniques: ce sont les démarreurs électroniques, les variateurs de vitesse et convertisseurs de fréquence, onduleurs, alimentations à découpage, lampes à décharge, ordinateurs, téléviseurs, etc ...
La présence d'harmoniques dans les systèmes électriques signifie que le courant et la tension sont déformés et s'écartent de formes d'ondes sinusoïdales. Les courants harmoniques sont causés par des charges non linéaires connectées au système de distribution.
L'une des solutions destinées à déceler la présence d'harmoniques est le calcul du THD, taux de distorsion harmonique. Il en existe 2 sortes : en tension (apparaît à la source) ou en courant (dû aux charges). Lorsque le THD est égal à zéro, on peut conclure qu'il n'y a pas d'harmoniques sur le réseau.
Décomposition d'un signal On appelle la pollution harmonique la déformation subit par un signal sinusoïdale, mais que représente un harmonique.
En physique, un harmonique est l'élément de décomposition primaire d'une fonction périodique exprimé dans la base de Hilbert. En d'autres termes, un harmonique correspond à une fonction trigonométrique sinusoïdale (sinus ou cosinus) dont la fréquence est un multiple de la fréquence de la fonction périodique décomposée.
Un signal phénomène périodique peut s'analyser en une somme de sinusoïdes de fréquences multiples de celle donnant la période, appelée fréquence fondamentale. Chacune de ces sinusoïdes est un harmonique de rang égal au quotient de sa fréquence par la fréquence fondamentale.
Ce taux de distorsion harmonique correspond au rapport entre la réelle valeur efficace de l'harmonique d'un signal (U ou I) et sa valeur efficace à la fréquence du fondamental. Exemple de relevé de signaux effectués sur une lampe basse consommation d'énergie.
Le facteur de puissance désigne le rapport entre la puissance réelle exprimée en kilowatts (kW) et la puissance apparente exprimée en kilovoltampères (kVA). Plus une installation utilise la puissance de façon optimale, plus ce facteur s'approchera de l'unité.
Un dipôle est dit non linéaire si la fonction F qui relie l'intensité qui le traverse à la tension qui lui est appliquée ne vérifie pas la relation : F(α x1 + βx2) = α F(x1) + β F(x2) α et ß étant des nombres réels ou complexes.
La fréquence correspond au nombre de vibrations par seconde : s'il y en a peu on entend un son grave, s'il y en a davantage on entend un son aigu. On exprime la fréquence en Hertz (Hz).
On parle de "fuite à la terre" lorsque un courant électrique s'écoule à travers un tracé non-prévu, vers la terre, ou vers des éléments conducteurs (structures métalliques, dans le monde de l'architecture, carcasses d'appareils électriques, dans le monde électroménager...).
Un court-circuit est un phénomène électrique qui se produit notamment lorsque deux fils électriques sont mis en contact direct, le plus souvent suite à un défaut d'isolation. Il se traduit par une augmentation brusque de l'intensité du courant qui peut aller jusqu'à provoquer un incendie.
Le multimètre, réglé pour mesurer la continuité, peut être utilisé de la même manière. Débranchez la batterie positive, placez la sonde positive du côté charge du fusible, fixez la sonde négative au négatif de la batterie. En cas de court-circuit, le voyant de test s'allume ou le multimètre émet un bip.
Principe de fonctionnement
En général, le filtre passif est accordé sur un rang d'harmonique proche de l'harmonique à éliminer. Plusieurs branches de filtres en parallèle peuvent être utilisées lorsque l'on souhaite une réduction forte du taux de distorsion sur plusieurs rangs.
La fréquence correspond au nombre de motifs par seconde.
On la note f : f = 1 / T avec T en s. La fréquence f s'exprime en Hertz (Hz). Ici : f = 1 / 30 = 0,033 Hz.
La composante continue est la valeur moyenne du signal, et la composante alternative est... Ce qu'il reste quand on a enlevé la composante continue. Exemple : une tension de forme rectangulaire qui alterne entre des paliers de 1ms à 500V et des paliers de 1ms à 0V.
On appelle D la puissance dite "déformante". Cette puissance est liée à la présence d'harmoniques dans le courant ou la tension, c'est à dire au fait que l'un ou l'autre est non sinusoïdal. S2=V2(I2a+I2r)+V2(I22+I23+I24+...)
La relation appliquée à notre exemple donne le résultat suivant: Irms = √ 2,12 +1,52 +0,72 +0,42 = 2,7A c'est à dire la valeur donnée par l'appareil. on constate que les premières harmoniques donnent une bonne approximation de la valeur efficace du courant.
La puissance apparente est la somme trigonométrique de la puissance active et de la puissance réactive. Exprimée en Volt-Ampère (VA) ou kiloVolt-Ampère (kVA), elle correspond à la puissance souscrite de votre contrat d'électricité.