Soutenance mémoire
CONTEXTE GENERAL SUR LES COURANTS ALTERNATIFS
L’étude des courants alternatifs prend une grande place dans l’électricité , sur la répartition des courants à savoir les courants alternatifs sinusoïdaux et les courants alternatifs non sinusoïdaux suivis de leur cause d’apparition ainsi que de leurs effets.
Définition
Un courant est dit alternatif s’il varie de sens au cours du temps t. Le courant alternatif est périodique si son intensité i reprend la même valeur à des intervalles de temps égaux à T qui est appelée période, mesurée en seconde. On a :
i = f(t) = f(t + nT) (I.1)
avec :
– i est la valeur instantanée du courant
– n est un nombre entier .
Courants alternatifs non sinusoïdaux
Les courants alternatifs non sinusoïdaux sont obtenus à partir de ce que l’on nomme harmoniques. Pour la suite, nous allons voir la définition et l’origine de ces harmoniques et les différents types d’harmoniques.
Cause de l’apparition des courants alternatifs périodiques non sinusoïdaux
Définition
Les harmoniques sont des courants sinusoïdaux dont la fréquence est un multiple entier h de la fréquence du réseau de distribution. Cette fréquence est appelée fréquence fondamentale comprise entre 50 à 60 Hz. Lorsque les harmoniques sont combinées au courant fondamental sinusoïdal, elles provoquent la distorsion de la forme d’onde du courant. Ces dernières sont nommées Hh avec h comme rang de l’harmonique.
– IHₕ indique le type d’harmonique.
– IH₁ désigne le courant sinusoïdal à 50 ou 60 Hz lorsqu’il n’y a pas d’harmoniques. Ce courant désigne le courant fondamental.
Origine
Les courants harmoniques sont générés par les charges non linéaires. Ces charges absorbent un courant n’ayant pas la même forme que la tension les alimentant. Ce genre de charge est à base de circuits redresseurs. Plus précisément, pour alimenter les composants électroniques, l’équipement dispose d’une alimentation à découpage avec redresseur à l’entrée engendrant des courants harmoniques. D’autres charges provoquent une distorsion du courant à cause de leur mode de fonctionnement ce qui produit des harmoniques.
Charges non linéaires symétriques
On dit que la plupart des charges connectées au réseau sont symétriques car les demi alternances sont égales et opposées. Ceci s’exprime par la relation I.10 :
f(ωt + π) = −f(ωt) (I.10)
De ce fait, les harmoniques de rangs pairs sont nuls.
En guise d’exemple, en admettant que le courant comporte un harmonique de rang 2, il est possible d’écrire :
I(ωt) = I1 sin ωt + I2 sin 2ωt
D’où :
I(ωt + π) = I1 sin(ωt + π) + I2 sin 2(ωt + π)
I(ωt + π) = −I1 sin ωt + I2 sin 2ωt
Ceci ne peut être égal à −I(ωt) que si I2 est nulle, avec I2 l’amplitude de l’harmonique 2.
Ce raisonnement est faisable pour tous les autres harmoniques de rang pair.
Types d’harmoniques
Les charges non linéaires causent trois types de courants harmoniques de rang impair puisque la sinusoïde est une fonction impaire. Ces trois types sont :
– Harmoniques H7 – H13 qui appartiennent à la séquence positive
– Harmoniques H5 – H11, à la séquence négative
– Harmoniques H3 – H9, à la séquence zéro .
Pour la dernière séquence, les courants harmoniques dans les systèmes triphasés s’accumulent dans le conducteur du neutre. Ils comprennent les harmoniques H3 et multiples impairs écrits 3(2h+1). Comme leur rang est un multiple du nombre de phases 3, les harmoniques coïncident avec le déphasage des courants de phase.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I. CONTEXTE GENERAL SUR LES COURANTS ALTERNATIFS
I.1. Introduction
Définition
Courants alternatifs sinusoïdaux
Courants alternatifs non sinusoïdaux
I.2. Cause de l’apparition des courants alternatifs périodiques non sinusoïdaux
Définition
Origine
Charges non linéaires symétriques
Types d’harmoniques
I.3. Effets de la présence des harmoniques
I.3.1. Condensateur
I.3.2. Transformateurs
I.3.3. Générateurs
I.3.4. Moteurs asynchrones
I.3.5. Autres équipements
I.3.6. Tableau récapitulatif
I.4. Conclusion
Chapitre II. CALCULS ET REPRESENTATION DES CIRCUITS PARCOURUS PAR DES COURANTS PERIODIQUES NON SINUSOIDAUX
Introduction
Valeur efficace des harmoniques
II.2.1. Intensité efficace totale
II.2.2. Harmoniques individuelles
Taux de distorsion harmonique
Facteur de crête
Facteur de puissance
II.5.1. Facteur de puissance
II.5.2. Déphasage entre le courant fondamental et la tension
II.5.3. Facteur de distorsion ou facteur de déformation
Puissance
II.6.1. Puissance fondamentale apparente
II.6.2. Puissance fondamentale active
II.6.3. Puissance fondamentale réactive
Perte de puissance apparente
II.7.1. Effets des harmoniques
II.7.2. Echauffement des câbles
II.7.3. Courant dans le neutre
Représentation des courants périodiques non sinusoïdaux par le développement de Fourier
II.8.1. Théorème de Fourier
II.8.2. Décomposition en série de Fourier
II.8.3. Exemple de calcul des coefficients de Fourier – pour un courant rectangulaire
Conclusion
Chapitre III. ELIMINATION DES HARMONIQUES
III.1. Introduction
III.2. Vivre avec les harmoniques
III.3. Elimination partielle des harmoniques
Inductance en série
Transformateurs à couplage spécial
III.4. Filtrage des harmoniques
III.4.1. Filtrage passif accordé
III.4.2. Compensateur actif d’harmonique
III.5. Compensateur hybride
III.6. Conclusion
Chapitre IV. INTERPRETATION DES RESULTATS OBTENUS APRES ELIMINATION DES HARMONIQUES
IV.1. Introduction
IV.2. Vivre avec les harmoniques
Surdimensionnement de l’installation
IV.3. Elimination partielle des harmoniques
IV.3.1. Bobines d’inductance en amont des charges linéaires
IV.3.2. Transformateurs spéciaux
IV.3.3. Filtre passif
IV.4. Elimination complète des harmoniques
IV.4.1. Elimination des courants harmoniques compensés
IV.4.2. Réduction en THDU au point d’installation
IV.4.3. Exemple de forme d’onde du courant
IV.4.4. Exemple de spectre d’harmonique
IV.5. Vivre avec les harmoniques
IV.6. Elimination partielle des harmoniques
IV.6.1. Inductance en série
IV.6.2. Transformateurs à couplage spécial
IV.6.3. Filtre passif accordé
IV.7. Compensateur actif
IV.8. Compensateur hybride
IV.9. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIES ET WEBOGRAPHIE
ANNEXES
