Les réseaux électriques contiennent une présence croissante d’harmoniques provenant de la conversion de l’énergie et d’appareils électriques courants comme les ordinateurs et l’éclairage à DEL.
Les harmoniques entraînent de nombreux résultats et peuvent causer des problèmes techniques et financiers. Plutôt que de souffrir des effets potentiels des harmoniques sur les systèmes d'alimentation, des solutions comme les filtres d'harmoniques sont souvent appliquées.
Choisir la bonne télécommande par variation de fréquence (VFD) pour l’atténuation des harmoniques peut être intimidant avec de nombreuses options disponibles. Utilisez les informations sur cette page pour vous aider à sélectionner la télécommande par variation de fréquence qui correspond le mieux à votre situation. Si vous avez besoin d’aide supplémentaire pour déterminer la meilleure atténuation des harmoniques pour vous, contactez-nous pour qu’un expert en harmoniques vous guide à travers vos options.
En ajoutant un réacteur de ligne ou un transformateur d’isolation pour atténuer les harmoniques, vous obtenez une solution simple et techniquement économique. Cependant, cette solution a tendance à offrir une atténuation uniquement dans les harmoniques d’ordre supérieur et a peu d’effet sur les 5e et 7e harmoniques. Et, en raison de la chute de tension associée, il y a des limites à la quantité de réactance qui peut être ajoutée.
La réactance typique est soit CA soit CC, avec les deux fournissant une atténuation harmonique similaire, mais les réacteurs CA offrent une protection supplémentaire au pont redresseur du variateur. Les réacteurs sont généralement évalués entre 1,5 % et 5 %, 3 % étant la norme de l’industrie en raison de la diminution des retours et des problèmes de chute de tension que les niveaux plus élevés peuvent offrir. Les réactances classées à 3 % fournissent généralement une distorsion de courant d’environ 35 à 38 %, avec des réactances nominales de 5 % ou des inductances de liaison CC équivalentes qui ne font qu’abaisser cette valeur nominale.
Un convertisseur à 12 impulsions intègre deux ponts à semi-conducteurs d'entrée d'EFV séparés, alimentés par des sources d'alimentation déphasées à 30 degrés avec une impédance identique. La configuration à 12 impulsions permet aux harmoniques du premier convertisseur d'annuler les harmoniques du deuxième, en particulier aux 5e et 7e harmoniques.
Le convertisseur à 12 impulsions est plus économique que l'unité à 18 impulsions et produit une réduction substantielle (jusqu'à environ 85 %) des harmoniques de tension et de courant par rapport aux EFV à 6 impulsions. Le convertisseur à 12 impulsions fournit également au variateur de fréquence et à ses semi-conducteurs une protection accrue contre les transitoires de ligne. De plus, ce convertisseur peut ne pas réduire les niveaux harmoniques de distribution à des niveaux inférieurs aux normes IEEE-519 1992. Les convertisseurs à douze impulsions ont été largement remplacés par les convertisseurs à 18 impulsions en raison des avantages importants de l'atténuation harmonique fournis par la nouvelle technologie à 18 impulsions pour une différence de prix marginale.
Le convertisseur de puissance propre à 18 impulsions Eaton répond constamment aux normes IEEE-519 en réduisant la distorsion de courant à 5 % ou moins. Le variateur à 18 impulsions offre des harmoniques 50 % supérieures (10 % pour 12 impulsions vs 5 % pour 18 impulsions) à un coût légèrement plus élevé.
L'efficacité de ce nouveau variateur a contribué à faire passer l'atténuation des harmoniques à un niveau supérieur pour les installations de fabrication partout dans le monde. Il répond aux normes IEEE dans tous les cas, atténue toutes les harmoniques jusqu’à la 35e, arrête les harmoniques à la source, est insensible aux changements futurs du système et augmente la durée de vie du variateur grâce à une tension de bus CC incroyablement stable (18 petites entrées au lieu de six grandes). Le convertisseur à 18 impulsions est la solution la plus économique à 50 HP ou plus.
Cette méthode d’atténuation des harmoniques empêche les harmoniques d’être transférés au système de distribution électrique par l’utilisation d’un filtre inductif et capacitif (L-C). Un inducteur primaire avec une impédance relativement élevée bloque les harmoniques d’ordre plus élevé, et un réacteur syntonisé connecté par shunt est connecté à un condensateur pour atténuer les 5e et 7e harmoniques.
Ces filtres ont un coût relativement faible par rapport aux convertisseurs à 12 ou 18 impulsions, bien qu'ils aient quelques préoccupations à l'égard de leur utilisation. Ils peuvent être difficiles à dimensionner, car ils peuvent servir d’aimant pour les harmoniques existants sur le système. Lorsque le variateur est arrêté, le condensateur peut causer des problèmes de facteur de puissance et d’augmentation de tension, et en cas de panne du condensateur, les unités standards n’offrent aucune indication de cette panne. Ces filtres peuvent être sensibles aux changements futurs du système et une application minutieuse est requise par l'ingénieur concepteur.
Le variateur frontal actif est un convertisseur de puissance bidirectionnel pour le variateur frontal d'une gamme de variateurs de bus CC courants. Bien qu’il n’affecte pas les autres harmoniques et ne puisse pas être mis à niveau dans les variateurs existants, il réduit les harmoniques totaux à toute charge à 2 à 3 % de DHT. Ce convertisseur de puissance est immunisé contre les déséquilibres de tension, est disponible en 10 à 2 000 HP et peut être utilisé sur plusieurs variateurs avec une seule extrémité frontale. Il fournit des capacités de baisse soudaine de tension, un facteur de puissance unitaire et un flux de puissance régénératif.
Le variateur actif à l'avant est une technologie plus récente conçue pour les charges régénératives, comme les bancs d'essai et les centrifugeuses. Il nécessite un filtre inductif-capacitif pour filtrer la commutation IGBT haute fréquence de la ligne. En raison de la technologie ajoutée introduite par les IGBT supplémentaires, le coût d'un variateur frontal actif peut être prohibitif dans de nombreuses applications. De plus, le filtre capacitif et les IGBT ne sont pas aussi robustes que la technologie magnétique et à diodes simple, mais fiable des variateurs à 18 impulsions.
Les unités de correction harmonique actives sont des onduleurs hautes performances qui mesurent les harmoniques du système via des transformateurs de courant et injectent des harmoniques d'amplitude égale et de phase opposée dans le système. Ces systèmes sont très coûteux et sont rarement utilisés pour les applications à faible diversité et à grande puissance. Ils peuvent être bien adaptés aux systèmes où les faibles charges de puissance sont nombreuses et diversifiées, car un seul filtre actif peut être appliqué pour atténuer les effets de distorsion harmonique de plusieurs variateurs.
Les filtres de correction active des harmoniques peuvent également constituer une excellente mise à niveau pour les systèmes existants, car ils sont des dispositifs connectés par shunt. Lorsqu’ils sont légèrement chargés, la plupart des appareils peuvent corriger le facteur de puissance en utilisant la capacité intégrée. Les inconvénients de cette technologie comprennent un coût par ampère élevé et une efficacité énergétique inférieure.
Les harmoniques dans les systèmes d'alimentation entraînent une augmentation des coûts et des temps d'arrêt. Obtenez de l'aide d'Eaton.
Technologie |
Fonctionnement |
THD habituelle |
Avantages |
Inconvénients |
Réacteurs inductifs |
Atténue les harmoniques d'ordre supérieur en fournissant une impédance d'entrée élevée qui limite les courants de haute fréquence | 33-38 % | Utilisation simple et peu coûteuse | Faible efficacité Chute de tension préoccupante |
Convertisseur à 12 impulsions |
Deux convertisseurs parallèles à 6 impulsions alimentés par des transformateurs d'isolation parallèles, déphasés de 30 °, qui atténuent les 5e et 7e harmoniques. L'impédance d'entrée atténue également les harmoniques d'ordre supérieur | 12-18 % | Utilisation simple Extrêmement robuste |
Pas aussi efficace que d'autres méthodes Coût relativement élevé par rapport aux filtres passifs |
Filtres passifs |
Fournissent une impédance d'entrée élevée pour les harmoniques d'ordre supérieur, ainsi qu'un réacteur et un condensateur dérivés pour atténuer les 5e et 7e harmoniques | 6-8 % | Simple mise à niveau Faible coût de rendement Insensible au déséquilibre de tension |
Défis lors de la conception des génératrices Questions relatives au facteur de puissance Moins robuste qu'à 18 impulsions |
Filtres de correction des harmoniques actives |
Mesure et injecte activement des harmoniques égaux et opposés dans le système, annulant ainsi la plupart des courants harmoniques sous le 49e harmonique | 5-10 % | Simple mise à niveau Bon pour les systèmes à haute diversité |
Coût par ampère élevé Efficacité relativement faible Problèmes de compatibilité du système |
Variateurs de fréquence à entrée active |
Le frontal basé sur IGBT tire une puissance relativement linéaire de la ligne et utilise un filtre L-C-L pour atténuer le bruit de commutation IGBT | 3-5 % | Efficacité légèrement supérieure À l’épreuve des déséquilibres de tension Capacité de régénération |
Coût élevé, pas aussi robuste qu'à 18 impulsions |
Convertisseur à 18 impulsions |
Trois convertisseurs parallèles à 6 impulsions alimentés par un seul déphasage de 20° pour annuler toutes les harmoniques inférieurs au 17e. L'impédance d'entrée atténue également les harmoniques d'ordre supérieur | 3-6 % | Utilisation simple Extrêmement robuste |
Non disponible comme mise à niveau Coût plus élevé pour les petites puissances en HP |
Paul Olis d’Eaton discute des risques et des solutions harmoniques, comme les variateurs à énergie propre, pour réduire les coûts énergétiques et protéger les systèmes sur FlowControlNetwork.com.
Pour tout moteur de plus de 50 HP, le convertisseur à 18 impulsions offre une efficacité maximale. Pour les charges plus petites, un inducteur ou un filtre passif est généralement suffisant pour fournir l’atténuation harmonique nécessaire.
Certaines applications à faible puissance à haute diversité peuvent bénéficier de façon rentable d’un filtre de correction des harmoniques actif en raison des petites exigences de charge individuelles.
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FAQ sur les harmoniquesNon. Selon les études de marché de l'industrie, le taux de croissance annuelle composé (TCAC) pour la technologie à 18 impulsions est de 10,1 %, ce qui est supérieur à la part de 8,3 % que détient la technologie active de première ligne.
Les applications qui nécessitent plusieurs EFV produisent généralement un niveau plus élevé de distorsion harmonique en raison de la nature intrinsèque de la technologie des EFV. Les variateurs à basse harmonique sont utilisés dans ces applications pour limiter la quantité de distorsion harmonique et améliorer la qualité de l'énergie.
L'Institute of Electrical and Electronics Engineers a élaboré des lignes directrices appelées IEEE 519 pour établir des objectifs de conception pour les applications à faible harmonique.
Ventes totales d'EFV à faible harmonique par HP.
| Normal | Faible harmonique | |
| 1-100 HP | 91 % | 9 % |
| 125-250 HP | 53 % | 47 % |
| 300-1000 HP | 46 % | 54 % |
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