Sept étapes pour réduire les problèmes d'harmoniques des variateurs de fréquence

Cet article Fluke a été initialement publié dans l'édition de mars de Plant Engineering.

Il existe plusieurs options pour atténuer les problèmes d'harmoniques dans les usines. Malheureusement, il n'y a pas de solution qui s'adapte à toutes les applications. Trouver et choisir la bonne option pour vos besoins est la clé. Sinon, ne pas réduire ces courants électriques indésirables peut occasionner des problèmes allant d'une surchauffe des conducteurs neutres et des transformateurs à un fonctionnement inefficace des équipements électroniques. Des alarmes intempestives sur des variateurs de fréquence, des problèmes d'API et des blocages d'ordinateurs sont des problèmes courants dus à un excès d'harmoniques dans un système de distribution.

Afin de déterminer la meilleure solution pour réduire les harmoniques indésirables, commencez par étudier l'équipement qui semble produire la plupart des courants harmoniques. Le plus souvent, ce sont les variateurs de fréquence (VFD). Utilisez des équipements de mesure pour mesurer et analyser les fréquences et les amplitudes des harmoniques. C'est bien plus simple qu'il n'y paraît. Les ÉnergiMètres et enregistreurs mesurent et enregistrent ces valeurs, calculent la distorsion de l'onde sinusoïdale originale de 60 Hz créée par les harmoniques, puis téléchargent les données sur un PC pour de plus amples analyses. Le paramètre essentiel calculé par l'équipement d'analyse est la Distorsion harmonique totale (THD). La THD est calculée pour la tension et le courant. Une fois que le processus de mesure est achevé, le fabricant de variateurs de fréquences aidera à trouver une solution.

Quelle est ensuite la meilleure méthode pour mesurer les valeurs nécessaires ? Se contenter de mesurer la quantité de THD à un point dans le temps et d'acheter un filtre pour atténuer ces courants harmoniques n'est probablement pas la meilleure solution. La raison : la fréquence et les amplitudes des courants harmoniques créées par le variateur de fréquence varieront habituellement avec les changements de charge sur le variateur. Par exemple, un variateur peut créer beaucoup d'harmoniques d'amplitude relativement faible lorsqu'il est peu chargé, mais produira des fréquences harmoniques bien plus importantes sous de fortes charges. Si les données d'harmoniques ne sont enregistrées qu'une fois pendant une période de temps relativement courte, il est possible que vous passiez à côté des données dont vous avez besoin.

Les filtres, les bobines d'arrêt et autres appareils utilisés pour atténuer les harmoniques sont conçus pour certaines harmoniques et conditions de fonctionnement. Sélectionner un filtre pour atténuer les harmoniques générées pendant que le variateur de fréquence est faiblement chargé aboutirait probablement à l'achat du mauvais filtre à harmoniques. Vous trouvez peut-être que vos problèmes les plus graves sont générés à d'autres moments du fonctionnement de l'usine.

Si vous souhaitez augmenter l'atténuation des problèmes d'harmoniques, suivez les étapes suivantes :

  1. Identifiez tout équipement non linéaire suspecté (habituellement les variateurs de fréquence) dont vous pensez qu'il fait circuler des harmoniques indésirables dans votre système de distribution.
  2. Paramétrez un ÉnergiMètre ou un enregistreur pour enregistrer les données. Connectez l'outil au point auquel le variateur de fréquence se connecte aux autres charges du système. Ce point est appelé Point de couplage commun (PCC) dans les installations industrielles. Alors que certains enregistreurs peuvent être installés de manière permanente, il est judicieux d'utiliser un analyseur portable connecté et placé en lieu sûr à l'intérieur de l'armoire électrique appropriée pendant la durée de l'étude d'enregistrement.
  3. Assurez-vous que les précautions de sécurité électrique nécessaires sont toujours prises lorsque vous connectez et déconnectez cet équipement !
  4. Enregistrez les données pendant au moins un cycle des installations afin de vous assurer que vos données captureront les occurrences harmoniques les plus sévères. Obtenez les journaux des opérations et processus des installations pendant ce cycle, pour les comparer à vos données enregistrées.
  5. Téléchargez les données sur un PC pour les analyser à l'aide du logiciel de l'analyseur. Ensuite, observez les harmoniques créées à divers moments pendant le fonctionnement du variateur. Comparez les données d'harmoniques aux données opérationnelles des installations. Posez-vous les questions suivantes : « Pendant quels événements et opérations des installations les harmoniques créent-elles la plus grande distorsion ? » « Quelle est la charge de sortie de mon variateur de fréquence à ce point ? » Ce sera probablement le point opérationnel du variateur de fréquence auquel vous corrigerez les harmoniques.

    L'IEEE recommande que la Distorsion harmonique totale de la fréquence fondamentale de 60 Hz à ce PCC ne dépasse pas 5 % de tension. Toutes les valeurs de THD dans le cycle d'exploitation des installations approchant ces limites doivent être soigneusement envisagées pour faire l'objet d'une action corrective.

  6. Si possible, tentez de corréler tous les problèmes des installations rencontrés pendant l'enregistrement des données d'harmoniques avec les valeurs de THD et les niveaux d'harmoniques à ce moment. Par exemple, si un PLC produit une alarme de haute température intempestive sur l'équipement au moment où la charge change sur le variateur de fréquence et qu'un gros moteur démarre dans les installations, vous pouvez tout simplement avoir découvert votre problème d'harmoniques ! Un filtre conçu pour cette charge de variateur de fréquence particulière peut être votre réponse.
  7. Enfin, travaillez avec le fabricant à l'origine du problème de variateur de fréquence pour sélectionner la meilleure solution d'atténuation des harmoniques. Par une série de questions et d'analyses techniques, votre fournisseur de variateur de fréquence vous aidera à déterminer et à vous fournir la meilleure solution pour atténuer les harmoniques indésirables.