Origine des harmoniques

Les dispositifs générateurs d’harmoniques sont présents dans tous les secteurs industriels, tertiaires et domestiques. Les harmoniques sont le fait d’une charge non-linéaire (le courant qu’elle absorbe n’a pas la même forme que la tension qui l’alimente).

Exemples de charges non-linéaires :

• les équipements industriels (machines à souder, fours à arc, fours à induction, redresseurs),
• les variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones ou moteurs à courant continu,
• les onduleurs,
• les appareils de bureautique (ordinateurs, photocopieurs, fax, etc.),
• les appareils domestiques (TV, fours micro-ondes, éclairage néon...),
• certains équipements avec saturation magnétique (transformateurs).

Perturbations induites par les charges non-linéaires : courant et tension harmoniques

L’alimentation de charges non-linéaires génère des courants harmoniques, circulant dans le réseau. La tension harmonique est due à la circulation du courant harmonique dans les impédances des circuits d’alimentation (ensemble transformateur et réseau, dans le cas de la Figure M3).

Fig. M3 – Schéma unifilaire représentant l’impédance du circuit d’alimentation vue par l’harmonique de rang h

L’impédance inductive d’un conducteur augmente en fonction de la fréquence du courant qui le parcourt. A chaque courant harmonique de rang h correspond donc une impédance de circuit d’alimentation Z_h.

Le courant harmonique de rang h va créer à travers l’impédance Z_h une tension harmonique U_h, avec U_h = Z_h x I_h, par simple application de la loi d’Ohm. La tension en B est donc déformée. Tout appareil alimenté à partir du point B recevra alors une tension perturbée.

Cette déformation sera d’autant plus forte que les impédances du réseau sont importantes, pour un courant harmonique donné.

Circulation des courants harmoniques dans les réseaux

Tout se passe comme si les charges non-linéaires réinjectaient un courant harmonique dans le réseau en direction de la source.

Les Figures M4 et M4b présentent la vue d’une installation polluée par les harmoniques considérant tout d’abord l’installation parcourue par le courant de fréquence 50 Hz (voir Fig. M4), auquel se superpose l’installation parcourue par le courant harmonique de rang h (voir Fig. M4b).

Fig. M4 – Schéma d’une installation alimentant une charge non-linéaire, pour laquelle seuls les phénomènes liés à la fréquence 50 Hz (fréquence fondamentale) sont pris en considération

Fig. M4b – Schéma de la même installation, pour laquelle seuls les phénomènes liés à la fréquence de l’harmonique de rang h sont pris en compte

L’alimentation de cette charge non-linéaire génère dans le réseau la circulation du courant I_50Hz (représenté sur la Fig. M4), auquel s’ajoute chacun des courants harmoniques I_h (représenté sur la Fig. M4b) correspondant à chaque harmonique de rang h.

Considérant toujours le modèle des charges réinjectant un courant harmonique dans le réseau, la Figure M5 représente la circulation des courants harmoniques dans un réseau.

A remarquer sur cette figure que si certaines charges créent dans le réseau des courants harmoniques, d’autres charges peuvent absorber ces courants.

Fig. M5 – Circulation des courants harmoniques dans un réseau