L’alimentation électrique peut entraîner diverses perturbations, parmi lesquelles l’une des plus particulières est celle des harmoniques. En effet, contrairement à d’autres perturbations causées par la production d’électricité, l’origine des harmoniques se trouve dans les charges elles-mêmes, ou plutôt dans certaines d’entre elles.
Les harmoniques proviennent plus précisément des charges non linéaires, dans lesquelles il n’y a pas de proportionnalité entre le courant et la tension, ce qui provoque des distorsions harmoniques consistant en des ondes sinusoïdales dont la fréquence est un multiple entier du signal fondamental. La combinaison de ces harmoniques avec le signal fondamental déforme l’onde résultante et affecte négativement le fonctionnement des équipements installés.
Les harmoniques proviennent principalement d’appareils très répandus tels que les variateurs de fréquence (VFD), les moteurs à induction, les alimentations à découpage et divers types d’équipements électroniques, pour ne citer que les plus courants. L’introduction généralisée de l’électronique dans tous les types d’installations a été l’un des principaux facteurs qui ont favorisé les harmoniques, car il s’agit de dispositifs qui redressent le courant alternatif en courant continu, commutent souvent à haute fréquence et dont l’impédance n’est pas constante.
De manière générale, les harmoniques réduisent l’efficacité en augmentant la puissance apparente, et non la puissance réelle, ce qui oblige à surdimensionner l’installation électrique, avec les surcoûts que cela implique. Elles peuvent également surchauffer des équipements tels que les moteurs, les câbles, les condensateurs ou les transformateurs, raccourcir leur durée de vie et augmenter les coûts et les temps d’arrêt.
La réduction du facteur de puissance est un autre effet néfaste des harmoniques qui consiste à consommer un courant disproportionné par rapport à la puissance, ce qui entraîne une pénalité financière de la part du fournisseur d’électricité. D’autre part, les équipements les plus sensibles peuvent mal interpréter les signaux et subir des interférences électromagnétiques. En conséquence, les résultats obtenus sont plus erronés et moins fiables.
Un effet littéralement visible des harmoniques est le scintillement ou flickering, c’est-à-dire des variations de l’intensité de l’éclairage qui sont perceptibles et gênantes pour les personnes.
La longue liste des inconvénients causés par les harmoniques comprend également le déclenchement intempestif de dispositifs de protection tels que les disjoncteurs, les différentiels ou les relais, qui entraîne des arrêts indésirables et des phénomènes d’amplification ou de résonance dus à la coïncidence des fréquences des harmoniques avec les fréquences de fonctionnement des charges, ce qui peut multiplier les conséquences en matière de surchauffe et de pannes particulièrement graves.
La meilleure solution consiste naturellement à empêcher leur apparition. Pour cela, il convient d’utiliser des convertisseurs et des redresseurs dont la configuration empêche ou minimise la génération d’harmoniques. Il est également conseillé de moderniser les anciens systèmes d’alimentation ininterrompue (onduleurs) en les remplaçant par des modèles à faible distorsion, dotés d’un contrôle numérique avancé et caractérisés par des topologies qui annulent les harmoniques tout en offrant des performances excellentes.
Lorsque des harmoniques apparaissent dans les installations, il est également conseillé d’ajouter des filtres anti-harmoniques, qui sont capables de compenser le facteur de puissance réactive des charges inductives et d’empêcher la production de résonances.
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