ANALYSES TEMPORELLE ET SPECTRALE APPAREILS USUELS Charges non linéaires ANALYSES TEMPORELLE ET SPECTRALE APPAREILS USUELS

BUT : - Observer le courant i ( t ) absorbé par différentes charges non linéaires alimentées par une tension monophasée 230 V / 50 Hz - Relever le Taux de distorsion harmonique du courant 230 V / 50 Hz Tension u ( t ) - Effectuer une analyse spectrale du courant afin d’évaluer la pollution harmonique engendrée - Rappeler les solutions pour limiter la pollution harmonique

MATERIELS UTILISÉS: Sonde de courant : 100 mV / A ( 3 boucles dans la sonde )  * Oscilloscope / Analyseur de spectre Métrix (Référence : 0X7042) Cet appareil possède deux entrées différentielles avec sonde atténuatrice intégrée

Voie 4 Voie 1 Branchement : VOIE 1 : En bleu : courant i ( t ) traversant la charge en fonction du temps ou raies spectrales des harmoniques Voie 4 VOIE 4 : En rouge : tension u ( t ) sinusoïdale de valeur efficace 230 V à la fréquence de 50 HZ délivrée par le réseau EDF ( L’oscilloscope intègre une sonde différentielle qui isole et atténue la tension ) Voie 1

AMPOULE à ECONOMIE D'ENERGIE Philips (11 W)

AMPOULE à ECONOMIE D'ENERGIE Philips (11 W) Nombreux harmoniques de rang impair THD = 107 % : La valeur efficace des harmoniques de courant est aussi importante que la valeur efficace du fondamental

TRANSFORMATEUR 230 V / 2 * 24 V – 250 VA  A VIDE Le courant absorbé à vide est déformé en raison de la non linéarité du circuit magnétique, c’est un courant magnétisant

TRANSFORMATEUR 230 V / 2 * 24 V – 250 VA  A VIDE Présence des harmoniques de rang 3 et 5 Absorption de puissances réactive et déformante THD = 37 %

TRANSFORMATEUR EN CHARGE : 1 ampoule 24 V / 40 W – Courant secondaire 1.6 A Le courant se rapproche d’un courant sinusoïdal

TRANSFORMATEUR EN CHARGE : 1 ampoule 24 V / 40 W Courant secondaire 1.6 A L’harmonique de rang 3 est encore présent THD = 13 %

TRANSFORMATEUR EN CHARGE : 4 ampoules 24V/40 W Courant secondaire 1.6*4 = 6.4 A Le courant est pratiquement sinusoïdal Le courant magnétisant devient négligeable THD = 4% , l’harmonique 3 devient faible par rapport au fondamental

ALIMENTATION D'UN ORDINATEUR PORTABLE

ALIMENTATION D'UN ORDINATEUR PORTABLE Nombreux harmoniques de rang impair THD = 161 % La valeur efficace des harmoniques de courant est 1.6 fois plus importante que la valeur efficace du fondamental

TELEPHONE PORTABLE

TELEPHONE PORTABLE Pollution harmonique importante ( Rang pair et impair présents) THD = 235 %

DECAPEUR THERMIQUE 2 vitesses d’utilisation Essai en vitesse 1 Redressement à diode, le courant i ( t ) est toujours positif Moteur de type universel basé sur la technologie du moteur à courant continu série

DECAPEUR THERMIQUE 2 vitesses d’utilisation Essai en vitesse 1 Présence d’harmoniques pairs La première raie correspondant à la composante continue du signal n’est pas représentée THD = 45 %

OSCILLOSCOPE METRIX 0X7042-C

OSCILLOSCOPE METRIX 0X7042-C THD en courant = 156 %

TUBE FLUORESCENT (NEON) : 11 W Le courant légèrement déformé se rapproche d’un courant sinusoïdal Déphasage important entre tension et courant , absorption de puissance réactive Q ( VAR )

TUBE FLUORESCENT (NEON) : 11 W Présence de l’harmonique de rang 3 THD faible, de l’ordre de 6 %

FOUR MICRO ONDE ( 1 seul passage dans la sonde de courant)

FOUR MICRO ONDE ( 1 seul passage dans la sonde de courant) THD = 31 %

Avec le développement de l’électronique et de l’électronique de puissance, de nombreuses charges non linéaires sont apparues dans notre quotidien. Les charges linéaires : cafetière sans programmateur fer à repasser ampoules à incandescence progressivement remplacées par les lampes à économie d’énergie convecteur électrique sont en voie de disparition

L’ensemble des charges non linéaires introduisent des courants harmoniques sur les fils de neutre du réseau. Bien que ces courants soient de faibles valeurs, la somme de ces harmoniques peut engendrer des phénomènes indésirables et perturber le bon fonctionnement de la distribution et des systèmes de protection. Les effets suivants peuvent apparaître : Sur les câbles  échauffement Sur les condensateurs impédance qui diminue quand la fréquence augmente risque de résonances provoquant surintensité et surtension échauffement et claquage

Sur les transformateurs augmentation des pertes joule augmentation des pertes fer (hystérésis et courant de Foucault) qui dépendent de la fréquence Sur les protections / les récepteurs  Perte d'exploitation par ouverture intempestive des disjoncteurs Sur les intensités des courants  Pour une même puissance utile, les courants en ligne sont plus importants et font apparaître une puissance supplémentaire inutile appelée puissance DEFORMANTE.

Le facteur de puissance est ainsi diminué et dépend non seulement du facteur de glissement cos 1 de la charge mais également du taux de distorsion harmonique. SOLUTION : Mise en place de filtre mais il n’existe pas d’obligation pour les constructeurs pour des appareils de puissance inférieure à 75 W Depuis 2001, les standards européens et japonais notamment imposent que tous les nouveaux appareils consommant plus de 75 W doivent comporter une correction du facteur de puissance pour respecter l'environnement.

Le Filtre PASSIF : PFC . Par passif, on entend sans composant électronique actif, le module PFC Passif est constitué au minimum d'une grosse bobine (fil enroulé autour d'un noyau ferromagnétique). Le fonctionnement est simple: le courant, en passant dans le fil va créer un champ magnétique qui va s'opposer à la variation brutale du courant (et donc à la création d'un harmonique important). Ce système est simple à concevoir, il peut en outre recevoir en plus un condensateur pour mieux filtrer les parasites.

Les filtres Actifs PFC Le PFC actif utilise des composants dits "actifs" (d’où son nom ), transistors notamment. Ce circuit est plus complexe et plus efficace que le PFC passif, il s'agit d'un petit module intercalé entre le réseau électrique et l'entrée effective de l'alimentation, il dispose d'une logique interne (sous forme d'un micro contrôleur) qui lui permet d'analyser et de corriger, si besoin, en permanence l'allure du courant du réseau, par rapport à la tension.

La gestion des énergies est l’enjeu du 21ème siècle Dépensez moins, La gestion des énergies est l’enjeu du 21ème siècle Consommez mieux, et surtout Polluez moins