Limites des composants L et C
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Charges non linéaires : déformation du réseau et harmoniques
Déformation du réseau sinusoïdal
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99% des appareils électroniquesAlimentations d'ordinateurs, appareils hi-fi, TV, chargeurs de téléphones et autres... incorporent de nos jours une alimentation à découpage ! Ces alimentations déforment le réseau, nous allons le voir mais commençons par ce constat :
En bleu le signal filtré par des condensateurs après redressement double alternance d'un courant monophasé (marron hachuré)
Comme le démontre ce graphe, le condensateur ne sollicite le réseau R que lors des temps R en rouge, pour sa charge. Le reste du temps en vert, le condensateur C restitue son électricité à l'alimentation !
Le réseau n'est sollicité que pendant le très court temps en orange.
Cela provoque une pointe d'intensité I en rouge très brusque et élevée, générant des harmoniques (fréquences plus élevées que la source, ici 50 Hz ou 60 Hz) dues à la vitesse de montée de I. Harmoniques ⇒ parasites, perturbations !
Allure des intensités
- Avec une intensité de charge en rouge, I sollicité uniquement lorsque U est maximum : cas réel
- Avec un I idéal en vert, si la charge était répartie sur toute l’alternance... Cas idéal !
Mais la conséquence sur la sinusoïde du courant des réseaux électriques est une déformation notable
En pointillés verts, la courbe idéale. En rouge, une courbe réelle telle que disponible partout où ne ne choisit pas correctement ses équipements......
Correction par filtre actif et passif FPC, CFPFactory Power Correction ou Correction du Facteur de Puissance, à ne pas confondre avec le cosinus phi ! Ici on limite une déformation, il n'existe pas de déphasage temporel !
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Le synoptique ci-dessus représente le FPC/PFC actif qui comporte 4 éléments :
- R : le redresseur avec son traditionnel pont de diodes
- E : l'élévateur sollicité en début et fin d'alternance
En marron, pointillés du haut : les alternances redressées
Au milieu, en bleu : le pilotage de l'élévateur
En rouge, en bas : la tension double alternance en sortie de l'élévateur !
Notez qu'on est proche du maxi pendant la majorité du temps ! - F : le condensateur de filtrage
- D : l'alimentation à découpage
Harmoniques de rang 3 : le neutre qui chauffe !
Nous venons de voir que les charges non linéairesAlimentations à découpage, LED, variateurs, chargeurs... tout ce qui ne consomme pas le courant en belle sinusoïde. déforment le courant et fabriquent des harmoniques. En monophasé, on s'arrête souvent là. Mais en triphasé + neutre, ces harmoniques nous réservent une surprise spectaculaire.Le paradoxe
Imaginez une armoire qui alimente une forêt de LED et d'alimentationsPC, écrans, chargeurs, éclairage LED... un tableau tertiaire on ne peut plus banal aujourd'hui.. Le réseau est parfaitement équilibré et peu chargé : les trois phases sont à peine tièdes. Et pourtant, en posant la main sur le conducteur de neutre, il est brûlant – parfois plus chaud que les phases elles-mêmes !
Comment un fil censé ne presque rien transporter peut-il devenir le plus chaud de l'armoire ?
Ce que dit la théorie
Dans un système triphasé équilibré, les trois courants de phase sont décalés de 120°Un tiers de période entre chaque phase : 360° / 3 = 120°. les uns des autres. Ramenés ensemble dans le neutre, ils se compensent : leur somme vectorielle est nulle, le courant de neutre est donc quasi nul. C'est même ce qui justifiait, autrefois, de sous-dimensionner le neutreLa norme tolérait un neutre de section réduite tant que les charges restaient linéaires et équilibrées. Avec l'électronique moderne, c'est devenu un vrai piège !.
Sauf que la pince, elle, dit l'inverse : sur le neutre elle affiche un courant élevé, parfois supérieur à celui des phases. Des courants censés s'annuler... qui s'additionnent ? Toute l'explication tient en deux mots : rang 3.
Pourquoi le rang 3 s'additionne (et comment l'éviter)
Toutes les harmoniques ne se comportent pas de la même façon dans le neutre. C'est précisément ce tri qui explique tout.Le tri des harmoniques
- Le fondamental (50 Hz) et les rangs 5, 7, 11, 13... : décalés de 120° entre phases, ils se compensent dans le neutre, comme on vient de le voir.
- Les multiples de 3 – rangs 3, 9, 15... – : c'est là que tout bascule.
Le mécanisme
Prenons le rang 3 : sa fréquence est triple (150 Hz). Le déphasage entre deux phases, qui valait 120° pour le fondamental, devient alors 3 × 120° = 360°... c'est-à-dire 0° ! Les trois harmoniques de rang 3 arrivent en phase, parfaitement superposées. Au lieu de se compenser, elles s'additionnent : le neutre porte 3 fois le courant de rang 3 de chaque phase, au lieu de zéro.
C'est pour cette raison que les multiples de 3 sont dits homopolairesAussi appelés composante de séquence zéro. Étant en phase sur les trois phases, ils ne se compensent jamais et remontent tous, ensemble, dans le neutre..
La conséquence
Si chaque phase porte un courant de rang 3 d'intensité i3, le neutre en porte 3 × i3. Avec un taux de rang 3 important – fréquent dès qu'on accumule les alimentations à découpage – le courant de neutre peut dépasser celui des phases. Or ce neutre, souvent sous-dimensionné, chauffe par effet JoulePertes = R × I². Un courant élevé dans un conducteur trop fin, c'est un échauffement... jusqu'à la fusion de l'isolant. et finit par fondre.
Confirmer la mesure
On vérifie avec une pince ou un analyseur TRMSTrue RMS : vraie valeur efficace. Indispensable face à un courant déformé, sinon la lecture est fausse. sur le neutre, et on lit le THDTaux de distorsion harmonique : la part d'harmoniques contenue dans le signal. du courant. Attention au piège : une pince non-TRMS (à valeur moyenne, calibrée pour du sinus) sous-estime un courant déformé – elle masquerait tout simplement le problème !
Les remèdes
- Neutre de section ≥ phase (souvent doublée). Sur un réseau à charges non linéaires, on ne réduit jamais le neutre.
- Répartir les charges non linéaires sur les trois phases, pour ne pas concentrer les rangs 3.
- Piéger les homopolaires : un transformateur DynCouplage triangle (D) au primaire, étoile (y) au secondaire. Le triangle piège les courants homopolaires et les empêche de remonter vers la source., un filtre actif ou un piège de rang 3 accordé sur 150 Hz. voir le filtrage au cours suivant.
À toi de jouer : l'exercice de dépannage « le neutre qui chauffe » te met à l'épreuve sur ce cas précis.
Invité, affichez le quiz :
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Cours extrait du parcours : CEMINIT
