ABB drives Guide technique No. 6 Harmoniques et convertisseurs de fréquence 2 H

ABB drives Guide technique No. 6 Harmoniques et convertisseurs de fréquence 2 Harmoniques et convertisseurs de fréquence | Guide technique No. 6 Guide technique No. 6 | Harmoniques et convertisseurs de fréquence 3 Guide technique No. 6 Harmoniques et convertisseurs de fréquence © Copyright 2012 ABB. Toutes les dispositions, indications et caractéristiques sont susceptibles de modification sansréavis. 3BFE64430777 REV C FR 20.2.2012 4 Harmoniques et convertisseurs de fréquence | Guide technique No. 6 Guide technique No. 6 | Harmoniques et convertisseurs de fréquence 5 Table des matières Chapitre 1 - Introduction ...........................................................................7 Généralités .........................................................................................7 Chapitre 2 - Les phénomènes harmoniques ..............................................8 Chapitre 3 - Sources et effets des émissions harmoniques ....................10 Chapitre 4 - Calculer la distorsion harmonique avec le programme DriveSize ..................................................................................................11 4.1 Schéma pour l’exemple de calcul ................................................11 4.2 Données à entrer pour la charge moteur ......................................11 4.3 Sélection du moteur....................................................................12 4.4 Sélection de l’onduleur ...............................................................12 4.5 Données du redresseur ...............................................................12 4.6 Données à entrer pour le réseau et le transformateur ....................13 4.7 Courant et tension harmoniques calculés .....................................13 4.8 Représentation graphique des courants harmoniques calculés .....13 4.9 Partie de l’état imprimé ...............................................................14 Chapitre 5 - Normes de limites d’émissions harmoniques ......................15 5.1 EN 61800-3 (CEI 1800-3) Entraînements électriques de puissance à vitesse variable ........................................................15 5.2 CEI 61000-2-2, Compatibilité électromagnétique (CEM) ..............16 5.3 CEI 61000-2-4, Compatibilité électromagnétique (CEM) ..............16 5.4 CEI 61000-3-2, Compatibilité électromagnétique (CEM) ...............16 5.5 CEI 61000-3-4, Compatibilité électromagnétique (CEM) ...............17 5.6 IEEE519: Exigences et recommandations pratiques de I’IEEE pour le contrôle des harmoniques dans les systèmes électriques de puissance..............................................................................18 Chapitre 6 - Evaluer les émissions harmoniques .....................................19 Chapitre 7 - Réduire les harmoniques en modifiant la structure du système d’entraînement c.a...... .............................................................................20 7.1 Paramètres d’un entraînement c.a. influant sur les émissions harmoniques .............................................................................20 7.2 Tableau: différents paramètres et leurs effets ................................21 7.3 Utilisation d’un redresseur à diodes 6 pulses................................21 7.4 Utilisation d’un redresseur à diodes 12 ou 24 pulses ....................21 7.5 Utilisation d’un redresseur contrôlé à thyristors ............................22 6 Harmoniques et convertisseurs de fréquence | Guide technique No. 6 7.6 Utilisation d’un pont d’IGBT ........................................................23 7.7 Utilisation d’une grosse inductance c.a. ou c.c. ...........................24 Chapter 8 - Autres méthodes de réduction des émissions harmoniques 27 8.1 Filtre passif accordé monobranche .............................................27 8.2 Filtre passif accordé multibranche ..............................................27 8.3 Filtre actif externe ......................................................................28 Chapter 9 - Récapitulatif des méthodes d’atténuation des harmoniques ..30 9.1 Redresseur 6 pulses sans inductance ..........................................30 9.2 Redresseur 6 pulses avec inductance ..........................................30 9.3 Redresseur 12 pulses avec transformateur en polygone ...............30 9.4 Redresseur 12 pulses avec transformateur à double enroulement .31 9.5 Redresseur 24 pulses avec deux transformateurs à trois enroulements .............................................................................31 9.6 Redresseur actif à IGBT ..............................................................31 Chapter 10 - Définitions ...........................................................................32 Index .......................................................................................................34 Guide technique No. 6 | Harmoniques et convertisseurs de fréquence 7 Chapitre 1 - Introduction Généralités Ce guide, qui fait partie de la série des guides techniques ABB, décrit les perturbations harmoniques, leurs origines et leurs effets; il décrit également le mode de calcul et d’évaluation des émissions harmoniques. Nous y présentons plus spécifiquement les méthodes de réduction des harmoniques générés par les entraînements électriques de puissance (c.a.) à vitesse variable. 8 Harmoniques et convertisseurs de fréquence | Guide technique No. 6 , où courant efficace total et courant continu de sortie du redresseur (valable pour un courant continu idéal filtré) is(t) = i1(t) + Σ ih(t) Charge convertisseur Autres charges Point de couplage commun (PCC) Transformateur réseau Rs Ls u(t) Chapitre 2 - Les phénomènes harmoniques Les courants et tensions harmoniques sont créés par des charges non linéaires raccordées au réseau de distribution. La distorsion harmonique est une forme de pollution du réseau électrique susceptible de poser des problèmes si la somme des courants harmoniques est supérieure à certaines valeurs limites. Tous les convertisseurs électroniques de puissance utilisés dans différents types de systèmes électroniques peuvent accroître les perturbations harmoniques en injectant directement des courants harmoniques dans le réseau. La figure 2.1 montre comment les harmoniques de courant (ih) du courant d’entrée (is) d’un convertisseur à électronique de puissance affectent la tension d’alimentation (ut). Figure 2.1 Installation électrique avec convertisseur, transformateur réseau et autres charges. Le courant réseau d’un redresseur triphasé en montage hexa- phasé (6 pulses) peut être calculé à partir du courant continu de sortie avec la formule suivante: Le courant fondamental est alors Guide technique No. 6 | Harmoniques et convertisseurs de fréquence 9 Les valeurs efficaces des composantes harmoniques sont: où Rangs des composantes harmoniques Courant harmonique (%) H1 H5 H1+H5 Dans un cas théorique où le courant de sortie est considéré comme du courant continu «propre», les fréquences de courant harmonique d’un redresseur triphasé en montage hexaphasé (6 pulses) représentent n fois la fréquence fondamentale (50 ou 60 Hz). Les informations ci-dessous s’appliquent lorsque l’in- ductance réseau est insignifiante par rapport à l’inductance de la self c.c. Le courant réseau est alors rectangulaire avec des blocs de 120 °. Les rangs n sont calculés avec la formule suivante: Les phénomènes harmoniques Figure 2.2 Teneur en harmoniques du courant rectangulaire théorique d’un redresseur 6 pulses. Le mode de superposition des composantes harmoniques au courant fondamental est illustré à la figure 2.3, où seul l’harmo- nique de rang 5 est montré. Figure 2.3 Le courant total est la somme du fondamental et de l’harmonique de rang 5. et ces composantes harmoniques sont montrées dans la figure 2.2. 10 Harmoniques et convertisseurs de fréquence | Guide technique No. 6 Chapitre 3 - Sources et effets des émissions harmoniques Les charges non linéaires les plus courantes sont les démar- reurs électroniques des moteurs, les variateurs électroniques de vitesse, les ordinateurs et autres dispositifs électroniques, les éclairages électroniques, les postes à souder et les alimentations sans interruption (ASI). Les harmoniques peuvent provoquer l’échauffement des trans- formateurs, câbles, moteurs, générateurs et condensateurs raccordés à la même alimentation que les dispositifs générateurs d’harmoniques. Les afficheurs des appareils électroniques et les éclairages se mettent à papilloter, les disjoncteurs peuvent déclencher, les ordinateurs dysfonctionner et les instruments de mesure donner des valeurs erronées. Si l’origine de ces symptômes n’est pas connue, il est alors préconisé de rechercher la source des émissions harmoniques dans le réseau interne de l’usine. Les effets se feront probable- ment sentir dans le réseau interne du client avant d’apparaître dans le réseau du distributeur d’électricité. Ce guide technique a été réalisé pour aider les clients à comprendre les éventuels problèmes d’harmoniques et à s’assurer que les niveaux d’émis- sions harmoniques restent tolérables. Guide technique No. 6 | Harmoniques et convertisseurs de fréquence 11 Motor load Load type Overload type Speed [rpm] Power [kW] Overload [%] Const. torque/power One overload min base max 0 0 1450 100 100 100 100 1500 60 600 Overload time [s] every [s] Alimentation: Sk = 150 MVA U = 22 kV Transformateur: S = 400 kVA U1 = 22 kV U2 = 415 V z = 4,5 % Câble: Longueur = 60 m R = 0,007 mΩ/m Moteur: P = 100 kW IN = 200 A S'k Xk Xt X'k I Chapitre 4 - Calculer la distorsion harmonique avec le programme DriveSize Les courants harmoniques provoquent une distorsion de la ten- sion réseau. En principe, les harmoniques de tension peuvent être calculés en tout point du réseau si les courants harmoniques et les impédances de source correspondantes sont connues. La figure 4.1 montre le réseau alimentant le variateur de vitesse et les autres éléments de base de l’installation. Le programme DriveSize d’ABB est utilisé pour cet exemple de calcul. 4.1 Schéma pour l’exemple de calcul Figure 4.1. Réseau alimentant un convertisseur de fréquence (milieu) et schéma équivalent (droite). Les données pour cet exemple sont sur la gauche. 4.2 Données à entrer pour la charge moteur Figure 4.2. La donnée indispensable de charge moteur pour le calcul des harmoniques est la puissance de base en kW. 12 Harmoniques et convertisseurs de fréquence | Guide technique No. 6 Selected motor data M2BA 315 SMC 6 Selection Voltage [V] Connection Frequency [Hz] Power [kW] Poles Speed [rpm] Max mech.speed [rpm] Current [A] Torque [Nm] T max/Tn Power factor Effi ciency [%] Insulation class DriveSize 415 D 50 110 992 6 2300 197 1060 3,2 0,82 95,6 F Selection Selection method Voltage [V] Drive power [kVA] Pn [kW] Normal Icont [A] Normal Imax [A] Phd [kW] Heavyduty Icont [A] Heavyduty Imax [A] Pulse Frame type P&F 12Nsq [A] Selected inverter data ACS607-0140-3 User Current (normal) 400 140 110 238 216 90 178 267 6 R8 260 Supply unit data Pulse # Lv [μH] Cdc [mF] Udc [V] Idc [A] 6 110 4,95 560 191 Figure 4.5. Les données du redresseur sont définies par DriveSize en fonction du type d’onduleur spécifié. 4.3 Sélection du moteur Figure 4.3. Le programme sélectionne le moteur pour la charge définie. Au besoin, l’utilisateur peut sélectionner un moteur différent de celui spécifié par DriveSize. 4.4 Sélection de l’onduleur 4.4. L’onduleur sélectionné est fonction du moteur spécifié à l’étape précédente. Ici également, l’utilisateur peut imposer son propre choix. 4.5 Données du redresseur Calculer la distorsion harmonique avec le programme DriveSize Guide technique uploads/Sports/ fr-technical-guide-no-6-revc.pdf

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• Détails
• Publié le Apv 01, 2021
• Catégorie Sports
• Langue French
• Taille du fichier 0.2995MB