Démystification de l'harmonique 3

Bonsoir à tous
J'ai lu des choses sur l'harmonique 3, des bonnes et des moins bonnes ...
Afin d'éclairer certains, je me permets des précisions :
1.Qu'est-ce que l'harmonique de rang 3 ?(H3)
Elle est issue de calculs de décomposition en série de Fourier.
Si un signal périodique a son fondamental à une fréquence F0, l'harmonique
de rang trois de ce signal sera à une fréquence 3xF0.
Notons que tous les signaux périodiques n'ont pas obligatoirement une
harmonique de rang trois (et heureusement !!!).
2.Quand peut-on rencontrer une H3 ?
Sur un signal périodique qui n'est pas sinusoïdal pur.
Par exemple en électronique de puissance les H3 peuvent arriver , elles sont
même courantes .
Exemples : des signaux en sortie d'onduleur, de hacheur etc ....
3.Les H3 sont-elles dangereuses ?
OUI !!!
4.Pourquoi les H3 sont elles dangereuses ?
Dans un circuit magnétique triphasé (moteur, transformateur), on en veut
surtout pas de H3 !
Car elles génèrent des flux magnétiques de rang 3 qui ne peuvent plus se
refermer dans les tôles, ils passent donc dans l'air !
On a un système homopolaire qui fait écrouler l'inductance du circuit (ou
fortement monter la réluctance ce qui est strictement équivalent), d'où un
courant appelé ÉNORME ! S'il n'y a qu'une phrase à retenir, c'est celle-ci :
On ne veut pas H3 et ses multiples (H6 , H9 etc ...) dans un circuit
magnétique pour éviter des appels de courants monstrueux.
5.Pourquoi ce phénomène d'écroulement de l'inductance d'un circuit
magnétique ?
Je vais prendre un exemple qui illustre les dangers d'un réseau triphasé
homopolaire. Afin d'éviter des calculs de Fourrier, je vais prendre un
réseau sinus pur (vous verrez on met en évidence le même phénomène que celui
qui serait généré par H3 ).
Exemple : soit un transfo triphasé en 3 colonnes. Si je l'alimente par trois
tensions sinus purs, pas de pb il fonctionne correctement.
Mais si je branche la même tension secteur sur chaque enroulement, alors
j'ai un réseau triphasé homopolaire.
Sur les 3 colonnes j'ai 3 flux exactement en phase . Donc en bout de colonne
(culasse) la somme des flux n'est pas nulle , maix vaut trois fois le flux
dans une colonne. Donc le flux qui est obligé de se boucler (loi
universelle) , veut le faire, mais par où ? Seule possibilité : dans l'air !
==> L chute ==> I appelé monte.
Voilà comment on crame un transfo.
Autre exemple, plus probable (car on alimente rarement un transfo tri avec
la même tension !! :-)
Soit un onduleur tri .
En sortie : signal presque sinus , une espèce de successions de paliers de
tensions qui donnent au final des créneaux proches de la sinus pure.
Ce signal comportent un fondamental et des H2, H3, H4, H5, H6 etc .....
Si on alimente un moteur tri avec cet onduleur, alors aura des flux
magnétiques de rang 1,2,3,4,5, etc .... Les calculs de Fourrier donnent :
Rang 1 : le fondamental , le réseau est vu triphasé direct (surprenant non
?! )
H2 : le réseau est vu triphasé inverse (deux phases vues inversées)
H3 : le réseau est vu HOMOPOLAIRE !!!!!
H4: réseau vu direct
H5:vu inverse
H6: vu homopolaire
etc ....
Donc on a des flux H3-H6-H9 etc .. qui sont tous exactement en phase, donc à
l'endroit de leur convergence, ils ne peuvent s'annuler ==> passage dans
l'air obligé ==> L chute ==> I réseau appelé monte.
6.Comment se protéger ?
Il existe plusieurs parades.
La plus simple est de toujours alimenter son moteur , transfo etc .. par les
tensions COMPOSEES issues de l'onduleur, hacheur etc .
On ne relie pas les neutres.
En effet, les maths nous montrent que Fourrier appliqué à des signaux
triphasés (tensions simples) comportant des H1, H2 H3 etc ... , ne donnent
JAMAIS de H3 H6 H9 sur des tensions composées.
Voilà un petit topo qui, j'espère, vous aura un peu éclairé.
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SRV
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Le 10.05.2004 21:18, *SRV* a écrit fort à propos :
Merci beaucoup. J'ignorais à peu près tout sur le sujet et c'est une révélation pour moi. Je me permets d'ajouter une petite illustration pour montrer un peu le phénomène de coincidence des harmoniques 3 des trois phases :
F1 : 1 1 1 1 1 F2 : 2 2 2 2 2 F3 : 3 3 3 3 3 -----> échelle des temps H31 : 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 H32 : 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 H33 : 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Chaque chiffre représente l'instant auquel chaque Fondamentale et chaque Harmonique passe, par exemple, par sa valeur de crête positive.
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geo cherchetout
"geo cherchetout" a écrit dans le message de news:c7oqna$nds$ snipped-for-privacy@news-reader5.wanadoo.fr...
Ce qui est magique est que si on a un réseau triphasé de tensions simples comportant des H3, H6 , H9 etc .. , les tensions composées, elles, n'ont pas ces harmoniques !
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SRV
"SRV" a écrit dans le message de news:c7orqf$ri1$ snipped-for-privacy@news-reader5.wanadoo.fr...
dans
demystification , magique, harmonie que ...les sectes sont-elles en train d'envahir le monde electrotechnique ? ;-)
victor grand gourou de l'invisible et de l'electron libre
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Victor
Bonjour SRV,
ouah ! quelle maitrîse de l'harmonique 3 et ses multiples ... merci pour ton topo oh combien interessant ... le courant augmente (sa valeur efficace) OK mais serait-ce l'H3 du courant qui augmente ? ou son H1 ? en revanche toujours rien sur mon incendie du magasin TATi parisien (date de l'incendie, origine de l'harmonique 3 dans le magasin, etc ...) ... et alors ? Remerciements encore pour avoir recadrer l'H3 ...
magnet'6
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magnet_65
"magnet_65" a écrit dans le message de news:40a0c12e$0$18314$ snipped-for-privacy@news.free.fr...
Le courant appelé est la somme des H1 + H2 + H3 etc ..... Dans le cas d'un réseau homopolaire, c'est le H3 du flux qui fait qu'un courant énorme sera appelé. Ce courant aura une fréquence 3F0, donc sera un courant H3. H1 n'aura pas changé, ni H2, ni H4 ....
Mais la somme des H1 + H2 + H3 etc .. aura fortement monté à cause de H3.
Cela se traduit par une valeur efficace du courant total qui monte, donc ca chauffe plus.
Connait pas l'histoire du H3 de Tati .
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SRV
concernant l'incendie de Tati : il me semble que l'origine de l'incendie soit un sous-dimensionnement du conducteur de neutre ... est-ce l'effet d'un déséquilibre important sur les phases ou la non prise en compte des composantes homopolaires, c'est l'info que je recherche mais peut-etre est-ce un rêve de ma part ? cordialement.
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magnet_65
L'harmonique 3 est générée par les appareils électroniques et informatiques, ainsi que par les balasts des tubes fluo.
Tous ces appareils qui se trouvent en grand nombre dans un magasin peuvent générer suffisamment d'harmonique 3 qui s'additionnent dans le conducteur de neutre et peuvent donc le faire chauffer s'il n'a pas été dimensionné correctement. Contrairement au 50 Hz triphasé qui lui s'annule dans le neutre.
Donc un tel incendie peut très bien avoir été généré par une non prise en compte de l'harmonique 3 dans la conception du circuit.
Philippe RAI
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Philippe RAI
je circulait dans une cageot 206 ( en général je circule en Aprilia , Yamaha ...et en extrème urgence Harley Fergusson :- )) d'un coup moulte fumée sorti du garde boue avant de la dite 206 ... bref la voiture à brulé, les pompiers ayant mis un certain temps pour comprendre , la caisse brula Prob ! m'a dit le mécano c'est un diesel ça ne s'enflamme pas comme ça , ça doit être dû a un court circuit électrique ! bigre !
un court-circuit ! pas besoin de H3 pour expliquer ..... sur le cajeot 206 il y avait une batterie de 12 V
le bricolage rapporte gros :-((((
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Olivier2grambois
Bonsoir,
Houlala beaucoup de réflexions a faire sur les threads précédents
Premier avant propos , il ne faut pas confondre les harmoniques de tension et d'intensité ,generalement les premières ne sont que des conséquences des secondes et normalement peu courantes
Définitions :
DHT : Distorsion harmonique totale ( taux d'harmoniques Fx par rapport a la fondamentale F ) ; DHT U idem pour la tension; DHT I idem pour l'intensité; Facteur K : Facteur de déclassement d'un transfo ou d'un alternateur en présence d'harmoniques
------------------------------------- Reflexions :
Un "onduleur" sortant un signal carré va effectivement affecter les appareils situes en aval ( DHT U importante ) mais c'est un piètre onduleur ( type supermarché et jamais tri ) , les onduleurs industriels on un DHT U de 1 a 2 % ( pipi de chat )
Un hacheur ( ou variateur de vitesse ) provoque une DHT U importante c'est pourquoi des précaution sont a prendre dans le choix du moteur
Par contre ce sont les courants consommés par ces appareils qui vont présenter un taux d'harmoniques important, en règle générale toute charge non linéaire va avoir un taux de H3 significatif ( Appareil ayant un redressement suivi d'un condo de filtrage : redresseur d'onduleur, alims a découpage; lampes fluo compactes ... ) de même que les circuits magnétiques satures et les lampes fluos traditionnelles
La DHT I typique de la micro informatique est d'environ : Dhd % : 50 ; Facteur de forme : 2.3 Pour I1( fondamentale) = 100A , I3=60A, I5=25A, I7=12A, I9=6A, I11=5A, I13=4A ...
Se sont ces courants qui risquent de provoquer via les chutes de tension en ligne de la DHT U pouvant provoquer problème ( voir plus loin )
Ok, il faut en tenir compte
refermer dans les tôles, ils passent donc dans l'air !
Non, le flux homopolaire augmente le flux normal et risque de saturer le circuit magnetique ( a P nom ) avec en sortie un signal qui n'est plus sinusoïdal ,et en entrée comme dans toute saturation augmentation du courant d'alim. A cela il faut ajouter les pertes cuivres et fer plus importantes, les vibrations et dans le cas d'alternateurs de groupe électrogène les risques de résonances sur l'embiellage Mais tout cela est a rapporter a la puissance nominale ( plaque ) de l'appareil, si le declassement est bien calculé pas de probleme.
Les risques les plus importants sont
L'échauffement du conducteur de neutre : Dans le cas d'un courant uniquement H3 ( et multiple ) le courant de phase est égal a 1 celui de neutre a 3 => Échauffement , risque d'incendie
Les courants vagabonds en TNC : Gros courant de neutres = courants vagabonds dans les masses de l'installation
Le mauvais fonctionnement des appareils de protection : Disjoncteurs , différentiels ... ( Ex : Grande finale de foot annulée du a l'ouverture intempestive des disjoncteurs de l'éclairage )
Avec les chutes de tension en ligne une distorsion de tension peut apparaître , celle ci sera très mal acceptée par les condensateurs de relevage de cos phi. Les pertes de ces condos augmentent considérablement avec la fréquence ( élévation du courant série ) et diminuent leur MTBF. Une batterie de condos en présence d'une DHTU va voir sa durée de vie divisée dans un rapport allant de 2 a 10. Mais le risque le plus grave en présence de condos est le risque d'avoir une résonance avec le reste de l'installation ( inductance des câbles , transfo ) . Ex : Labo de recherche au japon dévasté par un incendie du a l'explosion d'une batterie de condo )
Autre gros problème : La baisse du facteur de puissance ( augmentation des pertes de transport ), Edf / Rte devrais bientot sevir serieusement. Les courants harmonique ne provoquent aucune énergie, c'est seulement la fondamentale qui transporte la puissance.
comportant des H3, H6 , H9 etc .. , les tensions composées, elles, n'ont pas ces harmoniques !
En effet ,c'est pourquoi on peut "filtrer" une installation triphasée de ses harmoniques de rang 3 et multiple par l'utilisation d'un transfo triangle/étoile
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Pour résumer, la présence d'harmoniques n'est pas forcement une catastrophe mais implique les précautions suivante :
Déclassement des tranfos et des alternateurs
Augmentation de la section du conducteur de neutre
Pas de TNC
Positionnement des condos de relevage cos phi
Il est noter que la nouvelle édition de la C1500 aborde tout ces points
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Pour ceux que le sujet intéresse il y un petit bouquin édité par MGE / Fluke traitant ce sujet d'une manière assez simple tout en restant complet :
La menace des harmoniques , mesure , analyse et solution : Angle Perez /
Nicholas Bravo
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JP
"JP" a écrit dans le message de news:40a13e8e$0$20752$ snipped-for-privacy@news.free.fr...
Yep !! Un peu de débat technqiue !!! normal non, en électro technique . :-)
Certes, certes , mais il n'y a pas que des onduleurs chiadés comme les PWM (ou MLI infrench). Des fois les onduleurs à forme d'onde en escaliers font très bien l'affaire, par exemple pour les très fortes puissances. De plus ce type d'onduleur découpe à des fréquences fixes et faibles (contrairement aux PWM , MLI in french :-), on peut donc prendre des interrupteurs lents et peu chers (GTO par ex.).
Non non .. Reprenons.
Si tu es d'accord pour dire que si l'on alimente un transfo tri à 3 colonnes par trois fois la même tension, alors on aura trois flux en phase. Donc au sein de chaque colonne le flux sera stritement identique. Donc à l'endroit de leur rencontre (à la culasse en bout des 3 colonnes), que fait la somme des trois flux ? En temps normal (triphasé 'classique' , c'est à dire déphasé de 120 degré), la somme des 3 flux est toujours = 0. Mais là non, donc le flux global doit passer par un endoirt : le seul chemin est l'air . D'où chute de l'inductance des bobines ==> I demandé par les bobines explose et boom.
Une parade serait de faire un transfo à 4 colonnes, 3 en périphérie pour les bobinages et une centrale pour le retour du flux ==> coute plus cher car plus de toles, donc jamais fabriqué.
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SRV
Bonsoir,
Baston ;>))
(ou MLI infrench). Des fois les onduleurs à forme d'onde en escaliers font très bien l'affaire, par exemple pour les très fortes puissances.
Les onduleurs a forme d'onde en escalier sont des PWM ,ce n'est que le nombres de marches qui en etant moins important augmente le dht U
(contrairement aux PWM , MLI in french :-), on peut donc prendre des interrupteurs lents et peu chers (GTO par ex.).
Au temps des 5 pulses a thyristors la distorsion était inférieure a 5 %, le filtre de sortie étant seulement un peu plus gros. Et un thyristor est nettement moins rapide que du GTO ( Peu utilisé en onduleurs a ma connaissance , mais beaucoup en variation de fréquence )
Ben au dessus de 10MVA
bobines explose et boom.
Franchement , je n'ai pas réfléchi au problème mais si c'etait le cas il y a longtemps que j'aurai le feu dans mon entreprise.
Salutations
JP
Reply to
JP
"JP" a écrit dans le message de news:40a14a4a$0$20746$ snipped-for-privacy@news.free.fr...
Ah ???? Va falloir que je revois mes cours . :-)
Plus sérieusement, tu fais fausse route. Les MLI sont liés à la commande, si bien que je peux avoir des marches d'escaleirs sans MLI.
Et ben c'est le momenet. Au boulot .....
T'inquiètes pas, certains ont déjà réflechi à ce pb : comment faire sortir un flux non nul en bout d'une culasse magnétique. :-)
La chance sourit au débutant . :-)
Reply to
SRV
Bonsoir,
Mea culpa
Après réflexions et surtout ouverture des vieux bouquins. Il faut considerer 2 choses l'impédance a vide et en charge des transfos tri en régime homopolaire
est l'air . D'où chute de l'inductance des bobines ==> I demandé par les bobines explose et boom.
Ok , transfo a tri a 3 noyau dit a flux forcé L'impedance a vide de ce type de transfo est 10 a 50 % de celle d'un transfo de reference a 3 circuits magnetiques independants. Ce qui n'est pas catastrophique meme en prenant les 10%, mais pas ideal non plus. Bref on est loin de l'explosion
L'impédance en charge dépens fortement du type de couplage et il est un peu tard pour redecotiquer tout cela
bobinages et une centrale pour le retour du flux ==> coute plus cher car plus de toles, donc jamais fabriqué.
Si si pas avec 4 colonnes, mais 5 ( 2 en périphérie ) dits a flux libre dont les fameux transfos cuirassé ( Potemkine )
Dans ce cas l'impédance a vide est de 25 a 50 % du transfo tri séparé ( Guère mieux )
Impédance en charge idem au précédent
Probleme de semantique, la on se comprend certainement mal
Au bout de 15 ans , j'ai interet a jouer au loto ;>)
Salutations
JP
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JP
.../...
Re : à mon avis le terme "vagabonds " est impropre ;-)
Re : oui , risque majeur >
Avec les chutes de tension en ligne une distorsion de tension peut
Re : souvent ce sont les resistances de decharges qui claquent avant les capas ( batteries en principe toujours visibles dans la ronde d'inspection quotidienne des postes par le service de maintenance )
Edf / Rte devrait bientot sevir serieusement. Re : ? la majorité des bureaux chargés PC sont en tarif jaune avec compensation la Sagem..etc et autres colistiers européens auraient-ils un marché de controleurs d'harmoniques permanents à developper ?
.../.
..
.../...
Re : vu coté installateur et normatif ..ne pas utiliser les coefficients reducteur de section de neutre
Re : s'il n'y a pas d'equipe de maintenance et une production exigeant un suivant permanent et donc du personnel permanent......sinon ...un peu plus ou un peu moins de courants dérivés à la terre ...du moment que le distributeur decafé ne tombe pas en panne et que le produit sort bien en bout de chaine , tout le monde s'en contente un grand fabricant d'ordinateur ...est bien passé du IT au TNC /TNS pour l'ensemble de ses locaux ...et ils sont toujours debout
Re : les anciennes aussi ( ..et par guide interposé, NF enregistrées, NF produits ... ) en simple avertissement sur le lien neutre/cumul des harmoniques ( elle supposait que sa lecture était réservée à des gens formés en electrotech et non de simples epiciers ) ......mais en 1970 les controleurs d'harmoniques portatifs ...?.....
victor
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Victor
Bonsoir,
Comme il est vrai que j'ai tendance a ne pas utiliser les termes "tendance" et a simplifier outrageusement les choses voici les types d'onduleurs autonomes que je connais.
1 : Les linéaires : Fonctionne en gros comme un ampli de sono, très peu utilisé sinon en labo
2 : Onduleurs a grand angle de repos
1 pulse a U continu par demi période avec temps de repos supérieur a 20 degré ( _==_ )
Généralement les Ferro-résonants sont de ce type
3 : Onduleurs a faible angles de repos ( pleine onde ? )
1 pulse a U continu occupant toute la demi période ( ==== )
Pour les modèles tri( hexa)phasé en sortie de transfo DY on se retrouve avec un signal de sortie transfo analogue au cas 2. En couplant 2 onduleurs dephases de 30 degré ( dodecaphasé ) on obtient un signal en marche d'escalier ( ceux dont vous parliez ) A noter que dans ce cas la répartition se fait respectivement sur les ordres 6k +/-1 ( hexaphase ) ou 12k +/- ( dodecaphasé ) les H3 et multiples étant complètement absentes.
4 : Les multipulses ( MLI, PWM ... ) ( _I_II_III_II_I_ )
En simplifiant ( beaucoup ) une tension en marche d'escalier est générée en faisant varier le rapport cyclique de chaque pulse. A noter des variantes dans le nb de pulses par demi-periode, constant et linéaire , variable ( en nombre et en répartition ) asservi a la charge
Salutations
JP
Reply to
JP

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