Que sont les harmoniques dans les réseaux électriques

Dans le cas idéal, le réseau électrique devrait avoir une tension alternative, qui change selon une loi sinusoïdale avec une fréquence de 50 Hz (50 fois par seconde), si nous parlons de réseaux domestiques. En pratique, la situation est différente - la tension est loin d'une forme sinusoïdale, elle est déformée, non seulement le long des fronts, mais sur toute sa longueur elle est remplie de diverses salves et bruits. Ce phénomène est appelé harmoniques dans les réseaux électriques. Dans cet article, nous examinerons de plus près ce que c'est et pourquoi les harmonicas sont dangereux pour les équipements connectés au réseau.

Contenu:

Détection harmonique
Sources d'interférence
Conséquences des interférences harmoniques

Détection harmonique

Le graphe du signal, qui varie selon la loi sinusoïdale, a la forme:

Mais cela diffère considérablement de la forme réelle de tension dans le réseau électrique:

Ces secousses et salves sont également causées par des harmoniques. Nous allons essayer de parler de ce phénomène avec des mots simples. Le graphique ci-dessus peut être représenté comme la somme de signaux de différentes fréquences et amplitudes. Si tout cela est additionné, alors le résultat sera juste un tel signal. Un exemple et le résultat de l'ajout de signaux sont présentés dans le graphique ci-dessous:

Les harmoniques se distinguent par des nombres, où la première harmonique est le composant avec la plus grande valeur. Cependant, une telle description est trop brève. Par conséquent, donnons une formule pour déterminer la valeur harmonique. Ceci est possible avec l'analyse harmonique et l'expansion de Fourier:

A partir de cette formule, on peut également distinguer les fréquences et phases des composantes harmoniques du réseau électrique et tout autre signal sinusoïdal.

Sources d'interférence

Un certain nombre d'équipements peuvent être attribués à des sources d'interférences, des appareils électroménagers aux puissantes machines électriques industrielles. Pour commencer, examinons brièvement les causes de leur apparition.

Les harmoniques dans un réseau électrique CA surviennent en raison des caractéristiques des équipements électriques, par exemple, en raison de la non-linéarité de leurs caractéristiques ou de la nature de la consommation de courant.

Par exemple, dans les réseaux triphasés dans les circuits magnétiques des transformateurs, les longueurs des chemins magnétiques des phases moyennes et extrêmes diffèrent presque 2 fois, et donc leurs courants de magnétisation diffèrent jusqu'à une fois et demie. De là naissent des harmoniques dans les réseaux triphasés.

Une autre source ingérence en génie électrique, il s'agit de moteurs électriques, à la fois synchrones et asynchrones triphasés, et monophasés, y compris les moteurs collecteurs universels. Ce dernier type de moteur est utilisé dans la plupart des appareils électroménagers, par exemple:

machines à laver;
Robots culinaires;
perceuses, meuleuses, marteaux rotatifs, etc.

Du fait du fonctionnement des alimentations à découpage, des harmoniques haute fréquence (interférences) se produisent dans le réseau électrique. Pour comprendre comment ils sont formés, vous devez disposer d'informations sur leur structure interne. Cela est dû au fait que le courant primaire de l'onduleur est différent de continu, il ne circule que lorsque l'interrupteur semi-conducteur de puissance est ouvert.Et ce dernier s'ouvre et se ferme avec une fréquence supérieure à 20 kHz.

Intéressant: La fréquence de fonctionnement de certaines alimentations à découpage modernes atteint 150 kHz.

Pour réduire ces harmoniques, des filtres d'interférence électromagnétique, tels que des selfs en mode commun et des condensateurs, sont utilisés. Pour améliorer le graphique de la consommation de courant par rapport à la tension d'alimentation monophasée, des correcteurs de facteur de puissance active sont utilisés (KKM russe, PFC anglais).

Ces alimentations sont installées dans:

Lampes à LED;
Ballasts électroniques pour lampes fluorescentes;
alimentations pour ordinateurs;
chargeurs modernes pour téléphones mobiles;
Téléviseurs et autres équipements.

De plus, ces alimentations comprennent des convertisseurs de fréquence.

Pour mesurer les harmoniques dans le réseau, vous pouvez utiliser des instruments de mesure multifonctionnels d'EKF. En plus des harmoniques, ces instruments peuvent mesurer des paramètres de réseau tels que le courant, la fréquence, la tension, la puissance active, réactive et apparente, ainsi que les facteurs de puissance et de fréquence. De plus, les compteurs multifonctionnels permettent de contrôler, d'analyser et d'optimiser le fonctionnement des équipements électriques, des systèmes et des circuits industriels. Ils sont assez faciles à installer et peuvent être configurés pour n'importe quel transformateur de courant.

Conséquences des interférences harmoniques

La présence d'harmoniques dans un réseau électrique CA pose certains problèmes. Parmi eux - l'augmentation du chauffage des moteurs électriques et des fils électriques. Les effets des harmoniques sont les vibrations du moteur. D'autres conséquences peuvent être différentes - de l'usure accélérée des roulements du rotor du moteur, se terminant par une panne du corps des enroulements due à une chaleur accrue.

Dans le secteur électrique, on trouve des fausses alarmes de commutation et des équipements de protection - disjoncteurs, contacteurs et démarreurs magnétiques. Dans les équipements sonores et les technologies de communication, des interférences se produisent en raison des harmoniques. Ils se battent avec eux de la même manière - en installant des filtres d'interférence électromagnétique.

La vidéo ci-dessous décrit les harmoniques et les interharmoniques dans le secteur:

En conclusion, je voudrais noter que les harmoniques dans les réseaux électriques ne sont en principe d'aucun avantage. Ils ne provoquent que des dysfonctionnements, de fausses alarmes de commutation d'équipement et d'autres manifestations d'instabilité au travail. Cela peut entraîner non seulement des inconvénients de fonctionnement, mais également des problèmes économiques, des pertes et des situations d'urgence qui peuvent mettre la vie en danger.

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