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Guide Power Quality Section 3: Harmoniques www.leonardo-energy.org/France Editi

Guide Power Quality Section 3: Harmoniques www.leonardo-energy.org/France Edition Août 2007 (3.1.1) Inter-harmoniques Zbigniew Hanzelka & Andrzej Bien, AGH University of Science and Technology Juillet 2004 1 Introduction ..................................................................................................................................................................... 3 2 Définitions........................................................................................................................................................................ 3 2.1 Fréquence inter-harmonique............................................................................................................................. 3 2.2 Inter-harmonique de tension (idem pour le courant)................................................................................... 4 3 Les sources ..................................................................................................................................................................... 4 4 Charges produisant des arcs...................................................................................................................................... 5 5 Moteurs électriques....................................................................................................................................................... 5 6 Convertisseurs de fréquence statiques.................................................................................................................... 7 6.1 Convertisseurs de fréquence indirects........................................................................................................... 7 6.2 Convertisseurs type sources de courant à charge commutée ................................................................. 7 6.3 Convertisseurs type source de tension.......................................................................................................... 8 7 Contrôle de la conduction des thyristors pendant une période complète (trains d'onde)........................... 9 8 Utilisation du réseau de distribution pour la transmission de signaux.......................................................... 11 9 Conséquences de la présence d'inter-harmoniques........................................................................................... 12 9.1 Variation de tension et papillotement (flicker) ............................................................................................ 13 10 Méthode de mesure ................................................................................................................................................ 14 11 Les normes ............................................................................................................................................................... 16 11.1 Grandeurs normalisées................................................................................................................................ 16 11.2 Méthode normalisée de mesure................................................................................................................. 16 11.3 Définitions liées au concept de regroupement :.................................................................................... 18 11.3.1 Valeur efficace d'un groupe harmonique................................................................................................. 18 11.3.2 Valeur efficace d'un sous-groupe harmonique........................................................................................ 18 11.3.3 Valeur efficace d'un groupe inter-harmonique........................................................................................ 18 11.3.4 Valeur efficace d'un groupe inter-harmonique centré............................................................................ 18 12 Limites de compatibilité......................................................................................................................................... 18 12.1 Prescriptions de la Commission Electrotechnique Internationale (CEI).......................................... 19 12.2 CENELEC (norme EN 50160) ...................................................................................................................... 21 12.3 Limites d'émission de sous-harmoniques et d'inter-harmoniques [13]........................................... 21 13 Méthodes d'atténuation des inter-harmoniques et réduction de leurs effets........................................... 21 14 Conclusions.............................................................................................................................................................. 22 15 Références et bibliographies................................................................................................................................ 23 16 Annexe 1.................................................................................................................................................................... 24 17 Annexe 2.................................................................................................................................................................... 27 © European Copper Institute & Centre d’Information du Cuivre & Copper benelux. Se référer aux conditions d’utilisation et de reproduction publiées sur le site Leonardo ENERGY www.leonardo-energ y.org/France 2 European Copper Institute L’European Copper Institute est une joint venture Européenne entre les principaux producteurs de cuivre mondiaux et les fabricants Européens de demi-produits. Créé en 1996, l’ECI assure la promotion du cuivre en Europe avec un réseau de 11 centres de développement basés en Allemagne, au Benelux, en Espagne, en France, en Grèce, en Hongrie, en Italie, en Pologne, au Royaume Uni, en Scandinavie et en Russie. L’ECI poursuit les efforts initialement engagés par le Copper Products Development Association, créé en 1959, et de l’INCRA (International Copper Research Association) créé en 1961. Centre d’Information du Cuivre, Laiton & Alliages et Copper benelux Ce sont les organisations professionnelles des producteurs et des transformateurs de cuivre chargées de promouvoir les applications du cuivre et de ses alliages sur les marchés français et du Benelux. Financés par les producteurs de cuivre du monde entier et par les sociétés fabricants de demi-produits, le Centre d’Information du Cuivre et Copper benelux mettent en oeuvre des programmes de développement sur leurs marchés respectifs en coordination avec les structures professionnelles internationales de leurs mandants : International Copper Association au niveau mondial, European Copper Institute au niveau Européen. Ils ont pour vocation de produire et de diffuser l’information technique relative au cuivre et à ses alliages, de faire connaître les meilleures méthodes de mise en oeuvre des produits dans chacun de leur domaine d’emploi et d’en promouvoir l’utilisation dans les grands secteurs d’application. Le Centre d’Information du Cuivre et Copper benelux sont les coordinateurs respectivement pour la France et le Benelux du programme européen Leonardo relatif à la formation en matière de «Power Quality». Remerciements Ce projet a été mis en œuvre avec le soutien de la Communauté Européenne et l’International Copper Association Ltd. Avertissement Le contenu de ce projet ne reflète pas nécessairement la position de la Communauté Européenne. De même, il n’implique aucune responsabilité de la part de la Communauté Européenne. L’European Copper Institute, le Centre d’information du Cuivre et Copper benelux déclinent toutes responsabilités pour toutes conséquences directes ou indirectes ou les dommages qui pourraient résulter de l’utilisation du contenu ou de l’incapacité à utiliser les informations et les données de ce guide. © European Copper Institute & Centre d’Information du Cuivre & Copper benelux. Se référer aux conditions d’utilisation et de reproduction publiées sur le site Leonardo ENERGY www.leonardo-energ y.org/France 3 1 I n t r o d u c t i o n Les harmoniques sont des tensions et des courants dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale de l'alimentation. Les inter-harmoniques sont des tensions et des courants dont les fréquences sont des multiples non entiers de la fréquence fondamentale de l'alimentation. La connaissance des perturbations électromagnétiques associées aux inter-harmoniques se développe et il commence donc à apparaître un intérêt certain pour le phénomène. Les inter-harmoniques ont toujours existé sur les réseaux électriques mais ils ont pris récemment plus d'importance du fait de l'usage de plus en plus étendu des systèmes électroniques de puissance qui conduisent à une augmentation de leurs amplitudes. 2 D é f i n i t i o n s Les harmoniques et inter-harmoniques d'une forme d'onde donnée sont définies en termes de composantes spectrales dans une gamme de fréquences définie, communément admise par tous. Le tableau 1 propose leurs définitions mathématiques. Le terme "infra-harmonique" n'a pas de définition officielle – il s'agit, en fait, d'un cas particulier d'inter-harmonique dont la fréquence est inférieure à la fréquence fondamentale. Cependant, le terme a été employé dans de nombreuses publications ; il est fréquemment utilisé dans la profession. Harmonique ƒ = n. ƒ1 avec n entier supérieur à zéro Composante continue ƒ = n. ƒ1 pour n = 0 Inter-harmonique ƒ ≠ n. ƒ1 avec n entier supérieur à zéro Infra-harmonique ƒ > 0 Hz et ƒ < ƒ1 ƒ1 = fréquence fondamentale de tension Tableau 1 – Composantes spectrales de formes d’onde(de fréquences ƒ ƒ ƒ ƒ) La norme IEC 61000-2-1 définit les inter-harmoniques de la façon suivante : Entre les harmoniques en tension et en courant de la fréquence réseau, la présence d'autres fréquences, non multiples entiers de la fréquence fondamentale, peuvent être observées. Il peut s'agir de fréquences discrètes ou d'un spectre dans une bande de fréquences. En raison de considérations exposées plus loin, les définitions détaillées suivantes seront utilisées : 2.1 Fréquence inter-harmonique Toute fréquence non multiple entier de la fréquence fondamentale. Par analogie au rang d'une harmonique, le rang d'une inter-harmonique sera fourni par le rapport de sa fréquence à la fréquence fondamentale. Si cette valeur est inférieure à l'unité, elle sera © European Copper Institute & Centre d’Information du Cuivre & Copper benelux. Se référer aux conditions d’utilisation et de reproduction publiées sur le site Leonardo ENERGY www.leonardo-energ y.org/France 4 également considérée comme une fréquence infra-harmonique. En accord avec la recommandation de l'IEC, le rang d'une fréquence inter-harmonique est indiqué par la lettre "m" (IEC 61000-2-2). 2.2 Inter-harmonique de tension (idem pour le courant) Onde de tension sinusoïdale de fréquence comprise entre deux harmoniques, c'est-à-dire qui n'est pas un multiple entier de la fréquence de la composante fondamentale. 3 L e s s o u r c e s Il y a deux mécanismes principaux qui peuvent conduire à la création d'inter-harmoniques. Le premier est la création de composantes dans les bandes latérales de la fréquence d'alimentation et de ses harmoniques, du fait de la modification de leurs amplitudes et/ou de leurs angles de phase. Elles sont dues à des variations rapides des courants appelés par les équipements et les installations, et dont peuvent également résulter des fluctuations de tension. Les perturbations sont causées par les régimes transitoires des charges, réguliers ou occasionnels, ou, dans la plupart des cas, si l'on est en présence de modulation d'amplitude des courants ou des tensions. Ces perturbations sont, en général, aléatoires, liées aux modifications de charge liées aux processus et aux équipements utilisés. Le second mécanisme consiste en la commutation asynchrone (c'est-à-dire, non synchronisée avec la fréquence) de composants semi-conducteurs dans les convertisseurs statiques. Les exemples usuels sont les cyclo-convertisseurs et les convertisseurs modulation de largueur d'impulsion (M.L.I.). Les inter-harmoniques qu'ils génèrent sont situés n'importe où dans le spectre, mais directement en rapport avec les harmoniques de la tension d'alimentation. Pour de nombreux équipements, les deux mécanismes sont simultanés. Les inter-harmoniques peuvent apparaître sur tous les niveaux de tension et se transmettre d'un niveau à l'autre, ce qui signifie que des inter-harmoniques générés en HTB ou HTA se retrouveront sur la BT et réciproquement. Leurs amplitudes dépassent rarement 0,5% de la tension fondamentale, sauf dans quelques cas où, sous certaines conditions d'apparition de phénomènes résonants, des niveaux plus élevés sont à craindre. Les principales sources de perturbations sont : • les charges produisant des arcs • les systèmes de contrôle électrique des charges variables • les convertisseurs statiques, en particulier les convertisseurs de fréquence directs et indirects • la commande par courant porteur © European Copper Institute & Centre d’Information du Cuivre & Copper benelux. Se référer aux conditions d’utilisation et de reproduction publiées sur le site Leonardo ENERGY www.leonardo-energ y.org/France 5 Les inter-harmoniques peuvent également être provoquées par des oscillations apparaissant sur des systèmes comprenant des condensateurs en série ou en parallèle ou encore si des transformateurs saturent ; enfin, lors de phases de commutation. La tension d'alimentation contient un bruit de fond gaussien dont uploads/Industriel/ 3-1-1-harmoniques-inter-harmoniques-pdf.pdf