Technique de réduction des harmoniques

Les avancées technologiques obtenues ces dernières années dans le domaine des composants de l’ électronique de puissance ont donné naissance à de nombreuses applications qui offrent aux clients un confort, une flexibilité et une efficacité meilleure. L’électronique de puissance s’est imposée comme un des éléments essentiels dans la conversion de l’ énergie électrique favorisant ainsi une croissance du marché des convertisseurs dans la plupart des applications industrielles.

Une bonne qualité de l’onde est caractérisée par une onde parfaitement sinusoïdale avec amplitude et une fréquence constante. Par contre, la multiplication du convertisseur se traduit par une augmentation de la pollution harmonique des réseaux, et davantage de consommation de la puissance réactive qui a pour conséquence immédiate de dégrader le facteur de puissance global du réseau. Cela a des conséquences directes sur la forme des ondes de tension et de courants qui deviennent non sinusoïdaux.

Une alimentation par une tension ou un courant déformé engendre des perturbations conséquentes dans le fonctionnement de plusieurs appareils électroniques sensibles à ce genre de problèmes : Appareils médicaux, ordinateurs, automates programmables, etc. Les harmoniques peuvent causer d’autres problèmes plus subtils: exemple des compteurs d’énergie électrique qui indiquent un surplus de consommation, des relais de protection, des réseaux téléphoniques soumis à des interférences.

Ces dernières années, la qualité du courant électrique devient une préoccupation importante pour les distributeurs d’énergie et pour leurs clients. Plusieurs recherches ont été menées pour réduire les effets néfastes liés aux harmoniques. Notre projet entre dans ce cadre.

Plusieurs solutions de réduction d’harmoniques existent. Le choix nécessite une étude technico-économique de l’installation. Parmi les solutions retenues, le filtrage actif, Le principe du compensateur actif d’harmoniques est d’utiliser l’électronique de puissance pour produire des composantes harmoniques qui annulent les composantes harmoniques des charges non linéaires. Il est proposé un certain nombre de topologies différentes. Pour chaque topologie interviennent des problèmes de caractéristiques nominales requises des composants, et de méthode de détermination des caractéristiques du compensateur pour les charges à compenser .

De plus en plus de charges dans l’industrie, le tertiaire et même le domestique sont déformantes (non linéaires). Les courants de ces charges sont non sinusoïdaux et ceci, compte tenu des impédances des circuits (impédance de ligne, transformateur, etc.), déforment l’onde sinusoïdale de tension. C’est la perturbation harmonique des réseaux.

L’Énergie réactive:
L’énergie réactive est facturée aux abonnés. Compenser cette énergie au moyen de condensateurs élimine le sur-échange d’énergie réactive, réduit les dépenses et optimisent le « rendement électrique » de l’installation. Face aux harmoniques, qui dépassent parfois certaines limites, les filtres permettent de réduire le taux de distorsion harmonique, contribuant ainsi à augmenter les performances des équipements électriques et à prolonger leurs durées de vie.

Conséquences des harmoniques : 
Les harmoniques circulant dans les réseaux provoquent de nombreuses nuisances :
• Déformations de la tension d’alimentation pouvant produire de dysfonctionnement des charges sensibles
• Surcharge des réseaux de distribution par augmentation du courant efficace
• Surcharge, vibrations et vieillissement des alternateurs, transformateurs et moteurs
• Surcharge et vieillissement des condensateurs de compensation d’énergie réactive
• Surcharge des conducteurs de neutre .

On se propose des solutions adaptées en compensation d’énergie (condensateurs) et en filtrage d’harmoniques (filtres passifs, actifs et/ou hybrides).

Utilisation d’un redresseur à diodes (12 ou 24) 

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Le redresseur 12 pulses est réalisé en raccordant en parallèle deux redresseurs 6 pulses pour alimenter un bus continu commun. Côté entré, les redresseurs sont alimentés par un transformateur à trois enroulements ou par deux transformateurs à deux enroulements. Dans les deux cas, les secondaires des transformateurs sont déphasés de 30°. Avantage de cette solution : côté réseau, certains harmoniques sont en opposition de phase et donc supprimés.

Utilisation d’un redresseur contrôlé à thyristors 

Un redresseur contrôlé est réalisé en remplaçant les diodes d’un redresseur 6 pulses par des thyristors. Sachant qu’un thyristor nécessite une impulsion d’allumage pour passer de l’état bloqué à l’état passant, l’angle de phase auquel le thyristor commence à conduire le courant peut être retardé. En retardant l’angle d’allumage de plus de 90°, la tension du bus c.e. devient négative. Cette solution permet le renvoi d’énergie du bus c.e. sur le réseau, et par conséquent nous avons un système réversible.

Les configurations courantes bus c.e. et onduleur n’autorisent pas le changement de polarité de la tension c.e. et il est plus fréquent de raccorder un autre pont de thyristors en montage antiparallèle avec le premier pour permettre l’inversion du sens du courant. Dans cette configuration, le premier pont conduit en mode moteur et l’autre en mode régénératif.

Autres méthodes de réduction des émissions harmoniques

Le filtrage est une méthode de réduction des émissions harmoniques au sein d’un site industriel où la distorsion harmonique a graduellement augmenté ou comme solution globale pour un nouveau site. On distingue deux techniques de base : les filtres passifs et les filtres actifs.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 TECHNIQUE DE RÉDUCTION DES HARMONIQUES
Utilisation d’un redresseur à diodes (6)
Utilisation d’un redresseur à diodes (12 ou 24 )
Utilisation d’un redresseur contrôlé à thyristors
Utilisation d’une grosse inductance c.a. ou c.e
Autres méthodes de réduction des émissions harmoniques
Filtre passif accordé mono branche
Filtre passif accordé multi branche
Filtre actif externe
Conclusion
Facteur de puissance et taux de distorsion harmonique
Calcul du taux harmonique de distorsion
Facteur de puissance
Normes internationales
CHAPITRE2 FILTRE ACTIF MONOPHASÉ
Introduction
Commande bipolaire
Rapport des puissances apparentes
Contrôle des variations de courant du filtre actif
Dimensionnement du filtre actif
Choix des régulateurs
Régulateur de tension
Régulateur de courant
Cas de la commande bipolaire
Résultats de simulation
Commande unipolaire
Régulateur de courant
Régulateur de tension
Résultats de simulation
Régulateur flou
Étape de mise en œuvre d’un régulateur flou
Méthodes du choix du régulateur flou
Méthode Mamdani
Méthode de Sugeno
Résultats de simulation
Optimisation
Résultats de simulation
Conclusion
CHAPITRE 3 FILTRAGE HYBRIDE MONOPHASÉ
Introduction
Filtrage hybride
Résultats de simulation
CHAPITRE4 FILTRE ACTIF TRIPHASÉ
Commande indirecte du courant du filtre actif
Stratégie de commande
Rapport des puissances apparentes
Dimensionnement des paramètres du filtre actif
Dimensionnement de la capacité du filtre actif
Dimensionnement de l’inductance du filtre
Choix des régulateurs
Régulateur de tension
Régulateur Flou
Résultats de simulation
Conclusion
Commande directe du courant du filtre triphasé
Régulateur de tension
Résultats de simulation
CHAPITRE 5 RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX
Introduction
Résultats expérimentaux et analyse des performances
Filtre actif monophasé avec commande bipolaire
Résultats expérimentaux
Filtre actif monophasé avec commande unipolaire
Résultats expérimentaux
Filtre passif seul
Filtre hybride avec commande bipolaire
Résultats expérimentaux
Filtre hybride avec commande unipolaire
Résultats expérimentaux
Conclusion
CONCLUSION

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