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Perturbations électriques - Les harmoniques (introduction)

Les harmoniques

1° INTRODUCTION

Pour que la transmission de puissance aux appareils électriques soit la meilleure possible, il est nécessaire d'avoir une tension la plus sinusoïdale possible. C'est à ce facteur auquel il faudra faire attention, et ce à  toutes les étapes: Production, distribution, exploitation.

La modernisation des techniques

Avec l'apparition de l'électronique de puissance, la tension s'est mise à se dégrader. Ce genre d'appareils participent à la "pollution" des réseaux de distribution électrique en émettant des perturbations électrique et plus particulièrement des distorsions de l'onde sinusoïdale de la tension. Ces récepteurs dit "non-linéaires" engendrent sur les réseaux des modifications de l'onde sinusoïdale de la tension variant principalement selon l'amplitude des courants déformés mais aussi selon les diverses impédances du réseau.
Les signaux déformés sont donc composés d'harmoniques synonyme de pertes et de dysfonctionnements en tout genre. Pour reprendre les termes d'un professionnel du secteur industriel:

Aujourd'hui, vu la complexité des phénomènes physiques en électricité qui se sont développés avec les nouvelles technologies, on ne peut plus se contenter de mesurer la valeur efficace d'un signal. Il nous faut passer à d'autres types de mesure plus "pointues" comme la fréquence, l'allure,  le facteur de crête mais également le taux de distorsion harmonique »

2° DEFINITION

Lorsqu'un signal est parfait, il est composé d'un fondamental. Avec l'apparition des technologies citées en introduction, le fondamental se trouve accompagné de sinusoïdes d'amplitudes et de fréquences différentes appelées harmoniques. Ces harmoniques sont des multiples de la fréquence du fondamental. On en déduit donc que le signal est égale à la somme du fondamental et des harmoniques.

Le rang d'une harmonique est défini par sa fréquence. En France, la valeur du fondamental est de 50 Hz. On sait que les harmoniques sont des multiples du fondamental, ainsi, on peut en déduire que l'harmonique de rang 2 vaudra 100 Hz, celle de rang 3 vaudra 150 Hz etc

Pour illustration, nous prendrons le cas d'une "ancienne" alimentation d'ordinateurs. Je m'arrêterais à l'harmonique de rang 5, le fonctionnement étant toujours le même et ne cherchant pas à calculer une valeur mais juste à donné une explication. Sachez tout de même qu'il y a une multitude d'harmonique de rang impairs différent. Ça peut aller jusqu'à l'harmonique 60. Il en existe après mais il est très rare que l'on s'en soucis tellement elles sont minimes et peu importante.

Fondamental de 50 Hz sur une période :
 
fondamental_50hz.gif

Harmonique de rang 3 sur une période du fondamental (F=150Hz) :

fondamental_150hz.gif

Harmonique de rang 5 sur une période du fondamental (F=250Hz) :
 
fondamental_250hz.gif

Comme on peut le voir d'après les graphiques, le temps que le fondamental décrive une période, l'harmonique de rang 3 a le temps d'en faire trois et l'harmonique de rang 5 a le temps d'en faire cinq. C'est logique étant donné que l'harmonique de rang 3 a une fréquence 3 fois supérieure à celle du fondamental donc une période trois fois plus courte. Il en est de même pour l'harmonique de rang 5 qui a, quant à elle, une période cinq fois plus courte que celle du fondamental.

Il faut également différencier les harmoniques de rang pairs et impairs. Les harmoniques de rangs pairs s'annulent dans la grande majorité des cas grâce à la symétrie du signal. Les perturbations créent par les harmoniques sont donc dûes à celles de rangs impairs. C'est d'ailleurs celles que l'on cherche à identifier, quantifier et limiter dans les réseaux électriques industriels.
 
 

Date de création : 05/11/2009 : 18:22
Dernière modification : 09/11/2009 : 20:07
Catégorie : Perturbations électriques
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