Soutenance mémoire
Notion des charges
Les récepteurs peuvent être classés en deux familles principales :
– les récepteurs linéaires (ou charges linéaires).
– les récepteurs non-linéaires (ou charges non-linéaires).
Une charge est dite linéaire si, alimentée par une tension sinusoïdale, elle consomme un courant sinusoïdal. Cependant, le courant et la tension peuvent être déphasés. Les charges linéaires couramment utilisées sont constituées de résistances, de capacités et d’inductances. Une charge est dite non-linéaire lorsque la relation entre la tension et le courant n’est plus linéaire. Un tel récepteur alimenté par une tension sinusoïdale, consomme un courant nonsinusoïdal. Par la suite, nous nous restreindrons aux charges non-linéaires triphasées, qui consomment un courant périodique, de même période que celle de la tension [18]. Cette classe de charges englobe les convertisseurs statiques (gradateurs, redresseurs), les circuits magnétiques saturés, les lampes, …
Alimentations statiques ininterruptibles (ASI)
Ces dispositifs ont des performances très intéressantes pour la protection du matériel contre les creux de tension et les coupures. En revanche, ils ont parfois des limitations dans le domaine harmonique qu’il convient de connaître pour bien les maîtriser. En effet, le réseau protégé alimente généralement des charges non linéaires comme du matériel informatique. Pour une ASI d’une puissance de 80KVA, le taux de distorsion harmonique en tension est inférieur à 4% pour une charge linéaire, est inférieur à 7% pour une charge non linéaire. En générale, le taux de distorsion harmonique en tension diminue avec l’augmentation de la puissance de L ‘ASI. Il faut bien noter qu’en charge, le taux de tension harmonique est dû essentiellement aux courant harmonique créés par les charges non linéaires qui sont alimentées par L’ASI.
Filtre compensateur de tension
Ce filtre a pour rôle de maintenir sinusoïdale la tension à ses bornes, c’est à dire du côté de la charge, quelque soit le courant émis par la charge et quelle que soit la qualité de la source de tension. Le filtre injecte un courant harmonique à travers l’impédance (Zs) de façon à créer à ses bornes une chute de tension harmonique que permet de régler la tension harmonique aux bornes de la charge (Vch-h). Cette stratégie de filtrage convient lorsque l’impédance (Zs) est suffisamment grande. En effet le dimensionnement en courant du filtre actif dépende du rapport Vs-h/Zs [1;21].
Généralités sur les méthodes d’identification
Les différentes méthodes d’identification de courant perturbateur peuvent être regroupées en deux familles d’approche. La première utilise la transformée de Fourier rapide dans le domaine fréquentiel, pour extraire les harmoniques du courant. Cette méthode est bien adaptée aux charges où le contenu harmonique varie lentement. Elle donne aussi l’avantage de sélectionner les harmoniques individuellement. Il est à noter que cette méthode nécessite une grande puissance de calcul.La deuxième famille est basée sur le calcul des puissances instantanées dans le domaine temporel. Certaines de ces méthodes se basent sur le calcul des puissances harmoniques de la charge non linéaire. D’autres peuvent être utilisées pour compenser à la fois les courants harmoniques et la puissance réactive, en se basant sur la soustraction de la partie fondamentale active du courant total. Récemment, des nouvelles méthodes d’identification ont été présentées pour donner le choix de compenser un, plusieurs ou voire même tous les types de courants perturbateurs. En effet, en se basant sur la régulation de la tension continue et sur celles du réseau électrique aux points de raccordement, nous pouvons compenser à la fois tous les courants perturbateurs, tout en offrant la possibilité de réguler la tension de la charge. Cette méthode, qui ne peut être implantée que numériquement, ne garantit pas une compensation parfaite de la puissance réactive, de même que la régulation de tension n’assure pas toujours une bonne qualité à la tension de la charge [16]. Enfin, la méthode d’identification la plus utilisée est celle appelée méthode des puissances réelles et imaginaires instantanées. Cette méthode offre l’avantage de choisir la perturbation à compenser avec précision, rapidité et facilité d’implantation. Pour toutes ces raisons nous avons retenu cette méthode d’identification pour le reste de notre étude. En effet, afin de pouvoir compenser les courants harmoniques, les courants déséquilibrés et la puissance réactive conjointement ou individuellement, cette méthode nous a semblé la mieux appropriée.
CONCLUSION GENERALE
Dans ce mémoire on s’est intéressé à l’étude des différentes possibilités de filtrage actif des harmoniques des réseaux électriques. Dans un premier temps, après l’analyse des perturbations harmoniques et leurs effets sur le réseau électrique, on a présenté les solutions traditionnelles pour les réduire, notamment le filtrage passif. Le filtrage actif est une nouvelle solution pour la dépollution harmonique. Un filtre actif peut être connecter sur le réseau en série ou en parallèle et avoir deux structures électrotechniques différentes : tension ou courant. En raison de simplicité de sa commande, presque la totalité des filtres dans le monde sont de structure tension, c’est la raison principale pour laquelle on a retenu cette structure. On a ensuite étudié le contrôle de ce filtre actif. Pour identifier les courants harmoniques, on a choisi la méthode des puissances réelles et imaginaire instantanées que donne de bon résultats en statique et en dynamique. Les deux principes de commande pour contrôler le courant du filtre, MLI et hystérésis, sont étudiés. La commande hystérésis est très simple à mettre en œuvre mais dans ce type de commande la fréquence instantanée de commutations n’est pas contrôlable. Par contre, en commande MLI, la fréquence des commutations peut être imposée et par conséquent le filtrage passif des harmoniques dues au découpage est plus simple. On a mis au point deux programmes de simulation. En dernier en exploitant ces deux programmes, on a optimisé les paramètres d’un filtre actif associé à une charge polluante de 400 KVA. Avec ce filtre, le THD des courants dans la source réduit, pour un point de fonctionnement considéré comme étant typique, de 23.53 % à 4.16 % dans le cas de la commande par MLI et à 3.85 % avec la commande hystérésis (pour une charge RL).
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I Naissance des harmoniques et leurs effets sur le réseau d’alimentation
I-1 Introduction
I-2 Définition
I-3 Décomposition d’un signal
I-4 Notion des charges
I-5 Origines et sources des harmoniques
I-5-1 Emission en tension
I-5-1-1 Alternateurs
I-5-1-2 Transformateurs
I-5-1-3 Alimentations statiques ininterruptibles (ASI)
I-5-2 Emission en courant
I-5-2-1 Le redresseur triphasé à thyristors
I-5-2-2 Les charges non linéaires passives
I-6 Effet des harmoniques
I-7 Différents types d’effets
I-7-1 Les effets instantanés
I-7-2 Les effets différés
I-7-2-1 Effets à court terme
I-7-2-2 Effets à moyen et long terme
I-8 Pertes supplémentaire dues aux harmoniques
I-9 Conclusion
Chapitre II Méthodes d’élimination des harmoniques
II-1 Introduction
II-2 Transformateur à couplage spécial
II-3 Inductances (selfs) série
II-4 Augmentation de l’indice de pulsation du convertisseur
II-5 Solution de filtrage
II-5-1 Filtrage passif
II-5-1-1 Filtre résonant
II-5-1-2 Filtre amorti
II-5-2 Inconvénients des filtres passifs
II-5-3 Filtrage actif
II-5-3-1 principe
II-5-3-2 Filtrage actif parallèle
II-5-3-3 Filtrage actif série
II-5-4 Avantages des filtres actifs
II-5-5 Filtre hybride
II-5-5-1 Le filtre actif série avec des filtres passifs parallèles
II-5-5-2 Le filtre actif série connecté en série avec des filtres passifs parallèles
II-5-5-3 Le filtre actif parallèle avec un filtre passif parallèle
II-6 Conclusion
Chapitre III Le filtre actif parallèle
III-1 Introduction
III-2 Principe du filtre actif parallèle
III-3 Structure d’un filtre actif parallèle
III-3-1 Structure tension
III-3-2 Structure courant
III-4 Généralité sur les onduleurs
III-4-1 Onduleur de tension triphasé
III-4-2 La commande de l’onduleur
III-4-2-1 Commande par hystérésis
III-4-2-2 Commande par modulation de largeur d’impulsion (MLI)
III-4-2-3 Principe de MLI sinus-triangle
III-5 Conclusion
Chapitre IV Identification des courants harmoniques et régulation
IV-1 Introduction
IV-2 La méthode d’identification des courants perturbés
IV-1-2-1 Généralités sur les méthodes d’identification
IV-1-2-2 Principe du fonctionnement de la méthode des puissances instantanées
IV-1-2-2-1 Généralités sur les puissances instantanées
IV-1-2-2-2 Calcul des courants perturbateurs
IV-1-2-2-3 Algorithme d’identification
IV-3 Régulation
IV-3-1 Régulation de la tension continue
IV-3-2 La régulation du courant du filtre actif parallèle
IV-4 conclusion
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