Dfinitions de la qualit d'une alimentation lectrique en basse tension pour des quipements industriels et domestiquesRfrences fournisseur :la quantit physique de rfrence d'une alimentation lectrique est la tension lectrique entre phase et neutre ou phase et phase si le neutre n'est pas distribuConsquence fondamentale :la majorit des quipements sont conus pour tre aliments par une source de tension satisfaisant ces rfrencesTolrance sur la frquence : 1 HzTolrance sur la tension efficace : 10 %

Modle quivalent de premier niveau monophas de la majorit des distributions lectriques sur charges linairesSi l'alimentation est dans la plupart des cas une source de tension, c'est donc que le courant appel est impos par la chargeEn consquence, les charges sont considrer comme des sources de courant

Tension et courant mesurs sur une charge rsistive

Tension et courant mesurs sur une charge inductive

En rsum pour des charges dites linaires (les 2 exemples prcdents) : dfinition des grandeurs caractristiquesLes charges pour lesquelles formes d'onde de tension et de courant sont sinusodales sont des charges dites linairesLeur spectre respectif en frquence ne prsente qu'une seule composante 50 Hz dite le fondamental (indice 1)Si la valeur efficace de la tension vaut Veff = 230 V 10%, la qualit de l'nergie est prserve, sous rserve que le facteur de dplacement : cos f 0,928 ou encore tan f 0,4Reprsentation vectorielleTaux de distorsion harmoniqueEn tension := 0 %En courant := 0 %Facteur de dplacement : 0,928Courant actif :Courant ractif :Facteur de crte :I2eff = I12 = Ia2 + Ir2Courant efficace :

Incidence du facteur de dplacement (cos f) en termes de puissancesS2 = U2.(Ia2 + Ir2)S2 = U2.Ia2 + U2.Ir2S2 =

Un acquis dj vieux pour amliorer la qualit de l'nergie : le relvement du facteur de dplacement

Consquence du relvement du facteur de dplacementDiminution du courant efficace : chauffement moindre dans les lignes Diminution de la puissance ractive : plus de risques de pnalits de paiement de ractifInterprtation en termes de grandeurs physiquesL'explication du phnomne harmonique basse frquence sur les rseaux et son traitement sont totalement quivalents

Charges non linaires charge non linaire ou dformante : une charge est dite "non linaire" lorsque le courant qu'elle absorbe n'a pas la mme forme que la tension qui l'alimente. Ce courant est riche en composantes harmoniques dont le spectre sera fonction de la nature de la charge.ex : alimentations dcoupage, variateurs de vitesse, onduleurs.i(t) k.u(t-t0)La cause principale est la mise en place de charges faisant intervenir un tage de transformation de tension alternative sinusodale en tension continue : pont de diodes, ponts de thyristors ...Exemple : variateur de vitesse machine asynchroneConversion alternatif/alternatif

Tension et courant mesurs sur une charge non linaire

Analyse d'une charge non linaire en termes de sources de courant Le courant appel par une charge non linaire est dcomposable en une somme non arithmtique de courants Chacun de ces courants est dfini par sa frquence, multiple du 50 Hz, son amplitude et sa phaseOn peut donc associer chacun de ces courants une source de courant possdant les bonnes caractristiquesCes sources sont places en parallle pour que la somme de leur courant respectif reconstitue le courant total

Dgradation de la qualit de l'nergie du fait de la prsence de courants harmoniques sur les distributions L'onde de tension n'est plus sinusodale En consquence, d'autres charges, mme linaires, connectes aux bornes de la mme source de tension risquent de ne plus tre alimentes dans des conditions satisfaisant aux rfrences de tension exiges Pour expliquer le phnomne, ce stade, il suffit de dire qu'il est d l'impdance de source (dtaill dans la communication "sources et harmoniques") est, pour le rang 3 150 Hz, quivalent : L'impdance de source se comporte comme une charge vis vis de la source de courant harmonique 150 Hz

Incidence du fait de la prsence de courants harmoniques sur les distributions en termes de valeur efficace et de puissancesCourant efficace : S2 = U2 I2S2 = U2 (I12S2 = U2S2 =D : Puissance dformanteUeff = I1 = 52,5 A= 220 V U1 = 217 V S = 17,2 kVAP = 11,48 kWQ = - 0,9 kVArD = 12,7 kVArdefIeff == 78 A Tension efficace : Puissance apparente dans le cas simplificateur o on nglige les harmoniques de tension+ I22 + + In2)+ I22 + + In2)]

Pour des charges dites non linaires (l'exemple prcdent) : dfinition des grandeurs caractristiques qui permettent d'analyser la qualit de l'nergieFacteur de crte :Facteur de puissance (PF) :Facteur de dplacement :Fc == 0,67 Taux de distorsion harmonique :En tension := 15,6 %En courant := 73,8 %

Autres effets nocifs des harmoniques (non exhaustif) Courants harmoniques = Echauffement du cble de neutre : les courants de frquence harmonique de rang 3 et multiples de trois se somment dans le conducteur de neutre ; courant de neutre valant frquemment 120 130 % des courants de phases Disjonctions principales (surintensits) et diffrentielles intempestives (courants de dfaut accentus car la circulation au travers des capacits parasites est favorise par l'augmentation de frquence) Valeurs des courants efficaces plus leves que celles ncessaires pour les besoins nergtiques de la charge : surdimensionnment des cbles surchchauffement des cbles : 1 A 150 Hz a des effets thermiques plus important qu' 50 Hz par effet pelliculaire Rsonance en tension au droit des sources en prsence de condensateurs de relvement de facteur de dplacement

Une nouvelle ncessit pour amliorer la qualit de l'nergie et limiter les effets nocifs : le relvement du facteur de puissance par confinement des courants harmoniquesLes harmoniques de courant ne peuvent pas tre supprimes : c'est la charge qui les gnre !

Il va donc falloir les confiner au plus prs des charges polluantes pour viter qu'elles remontent sur les distributions

C'est par cette mthode (jusqu' l'intgration dans les charges composants de puissance lectronique de nouvelles technologies -absorption sinus) que l'on vitera la dgradation de l'nergie (dqualification de la tension de source) due la prsence de courants harmoniques et que l'on limitera leurs autres effets nocifs

Pour cela on fait appel au mme type de stratgie que celle mise en uvre pour relever un mauvais facteur de dplacement du au courant ractif : il s'agit donc de mettre en parallle avec les sources de courant polluantes des sources de courant en opposition de phase

Relvement du facteur de puissance : compensation des hamoniquesLa chute de tension 150 Hz aux bornes de la sources disparat donc ! L'nergie fournie par la source aux autres charges est requalifie

Mise en uvre de la compensation des harmoniques : les solutions passivestransformateurs diffrents couplagesfiltresaccordsselfsanti - hn.

Mise en uvre de la compensation des harmoniques : les solutions activesDpollution harmonique par compensateur actif : principeSourcede puissanceChargenon linaireCompensateurActifd'HarmoniquesLe compensateur actif gnre les courants harmoniques demands par les charges non linaires (injection en opposition de phase et en temps rel).Il n'est dimensionn que pour les courants harmoniques (Puissance dformante). Le courant consomm par la charge sera : I charge = I source + I compensateur