En tant que fournisseur de VFD VF Control, je suis souvent confronté à des questions de clients sur le contenu harmonique de ces variateurs. Dans cet article de blog, j'examinerai ce qu'est le contenu harmonique, pourquoi il est important dans les VFD VF Control et comment il affecte les performances globales de vos systèmes.
Comprendre les harmoniques
Pour commencer, clarifions ce que sont les harmoniques. Dans un système électrique, la fréquence fondamentale est la fréquence principale du courant alternatif (AC), typiquement 50 ou 60 Hz selon les régions. Les harmoniques sont des fréquences qui sont des multiples entiers de cette fréquence fondamentale. Par exemple, la 2ème harmonique est deux fois la fréquence fondamentale, la 3ème harmonique est trois fois la fréquence fondamentale, et ainsi de suite.
Les harmoniques sont générées dans les systèmes électriques lorsque des charges non linéaires sont présentes. Une charge non linéaire est une charge dans laquelle le courant consommé n'est pas proportionnel à la tension appliquée. Les VFD VF Control entrent dans cette catégorie. Lorsqu'un VFD convertit le courant alternatif entrant en courant continu, puis de nouveau en courant alternatif à une fréquence variable, il introduit des non-linéarités dans la forme d'onde du courant, qui à leur tour génèrent des harmoniques.
La génération d'harmoniques dans les VFD de contrôle VF
Les VFD VF Control utilisent des dispositifs électroniques de puissance tels que des diodes, des thyristors et des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT). Ces appareils allument et éteignent le courant électrique à hautes fréquences pour contrôler la tension et la fréquence de sortie. Pendant le processus de commutation, la forme d'onde du courant s'écarte d'une onde sinusoïdale pure, ce qui entraîne la génération d'harmoniques.
La section redresseur d'un VFD, qui convertit le courant alternatif en courant continu, est une source majeure d'harmoniques. La plupart des VFD utilisent un redresseur à six impulsions, qui génère des quantités importantes de 5e, 7e, 11e et 13e harmoniques. Plus l’ordre de l’harmonique est élevé, plus son amplitude est faible, mais même ces harmoniques de plus faible amplitude peuvent avoir un impact sur le système.
Pourquoi le contenu harmonique est important
Le contenu harmonique d’un VFD VF Control peut avoir plusieurs effets négatifs sur le système électrique et les équipements connectés :
1. Surchauffe de l'équipement
Les harmoniques provoquent un échauffement supplémentaire dans les équipements électriques tels que les transformateurs, les moteurs et les câbles. Le courant supplémentaire dû aux harmoniques augmente les pertes résistives (pertes I²R) dans ces composants. Au fil du temps, cela peut entraîner un vieillissement prématuré de l’isolation, une réduction de la durée de vie des équipements, voire une panne des équipements.
2. Distorsion de tension
Les harmoniques peuvent provoquer une distorsion de tension dans le système électrique. Lorsque la forme d'onde du courant est déformée en raison des harmoniques, cela crée une chute de tension aux bornes de l'impédance du système. Cette chute de tension contient des composantes harmoniques qui peuvent affecter les performances d’autres équipements sensibles connectés à la même alimentation. Par exemple, les ordinateurs, appareils de communication et autres équipements électroniques peuvent rencontrer des dysfonctionnements dus à une distorsion de tension.
3. Interférence avec d'autres équipements
Les harmoniques peuvent également provoquer des interférences électromagnétiques (EMI) avec d'autres équipements électriques et électroniques. Les composants haute fréquence des harmoniques peuvent rayonner de l'énergie électromagnétique, ce qui peut interférer avec le fonctionnement normal des équipements à proximité tels que les récepteurs radio, les capteurs et les systèmes de contrôle.
Mesurer le contenu harmonique
Pour évaluer le contenu harmonique dans un VF Control VFD, plusieurs paramètres sont couramment utilisés :
1. Distorsion harmonique totale (THD) :
Le THD est une mesure de la distorsion globale de la forme d'onde de courant ou de tension due aux harmoniques. Il est exprimé en pourcentage et représente le rapport entre la valeur efficace (RMS) de toutes les composantes harmoniques et la valeur efficace de la composante fondamentale. Une valeur THD inférieure indique une forme d'onde plus propre avec moins de distorsion harmonique.
2. Amplitudes harmoniques individuelles :
En plus du THD, il est également important de mesurer les amplitudes des harmoniques individuelles. Cela aide à identifier les harmoniques spécifiques à l’origine des problèmes et à déterminer les mesures d’atténuation appropriées.
Atténuation du contenu harmonique
En tant que fournisseur VF Control VFD, nous proposons plusieurs solutions pour atténuer le contenu harmonique de nos variateurs :
1. Filtres passifs
Les filtres passifs constituent la méthode la plus courante d’atténuation des harmoniques. Ces filtres sont constitués d'inductances, de condensateurs et de résistances connectés dans une configuration spécifique pour absorber ou bloquer les courants harmoniques. Les filtres passifs peuvent être conçus pour cibler des harmoniques spécifiques ou pour réduire le THD global.
2. Filtres actifs
Les filtres actifs sont plus avancés et peuvent fournir une meilleure atténuation des harmoniques que les filtres passifs. Ces filtres utilisent l'électronique de puissance pour générer un courant de compensation égal en amplitude mais opposé en phase au courant harmonique. Cela annule efficacement le courant harmonique dans le système.
3. Redresseurs multi-impulsions
Au lieu d'utiliser un redresseur standard à six impulsions, des redresseurs multi-impulsions tels que des redresseurs à 12 ou 18 impulsions peuvent être utilisés. Ces redresseurs réduisent le contenu harmonique en augmentant le nombre d'impulsions dans le processus de rectification, ce qui se traduit par une tension continue plus propre et des courants harmoniques plus faibles.
Impact sur les performances du système
Le contenu harmonique d’un VFD VF Control peut avoir un impact significatif sur les performances de l’ensemble du système. En réduisant le contenu harmonique, nous pouvons améliorer l’efficacité du système électrique, réduire la consommation d’énergie et améliorer la fiabilité des équipements connectés. Par exemple, un moteur fonctionnant avec une alimentation plus propre (contenu harmonique inférieur) fonctionnera plus facilement, avec moins de vibrations et de bruit, et aura une durée de vie plus longue.
Applications et considérations
Les VFD VF Control sont utilisés dans une large gamme d'applications, notamment les machines industrielles, les systèmes CVC et les systèmes d'énergie renouvelable. Dans chaque application, le contenu harmonique doit être soigneusement étudié. Par exemple, dans un processus industriel sensible, même une petite quantité de distorsion harmonique peut entraîner des problèmes de qualité du produit. Dans un système CVC, un contenu harmonique élevé peut entraîner une augmentation de la consommation d’énergie et une panne prématurée de l’équipement.
Lors de la sélection d'un VFD VF Control pour une application spécifique, il est important de prendre en compte les exigences harmoniques du système. Certaines applications peuvent nécessiter un VFD avec un THD très faible, tandis que d'autres peuvent être plus tolérantes à la distorsion harmonique. Notre équipe d'experts peut vous aider à choisir la bonne solution VFD et d'atténuation des harmoniques pour vos besoins spécifiques.
Produits connexes
Si vous souhaitez en savoir plus sur les VFD VF Control et les produits associés, vous pouvez visiter les liens suivants :
- Entraînement à fréquence variable VFD
- Contrôleurs de moteur à fréquence variable
- VFD monophasé à triphasé
Contact pour achat et consultation
Si vous envisagez d'acheter un VFD VF Control ou si vous avez besoin de plus d'informations sur l'atténuation des harmoniques, nous vous encourageons à nous contacter. Notre équipe commerciale expérimentée peut vous fournir des informations détaillées sur les produits, une assistance technique et vous aider dans le processus d'approvisionnement. Que vous ayez un projet à petite échelle ou une application industrielle à grande échelle, nous avons les solutions adaptées pour vous.
Références
- "Qualité de l'énergie dans les systèmes électriques" par Math HJ Bollen
- « Entraînements à fréquence variable : sélection, application et maintenance » par Dan M. Ionel et Giri K. Venkataramanan