Qu'est-ce qu'un filtre de puissance actif (APF) ? Principe de fonctionnement et dimensionnement

Filtres actifs (FA) sont des technologies très importantes pour améliorer la qualité de l'alimentation des systèmes électriques. Les APF sont également utilisés pour réduire les perturbations harmoniques et contribuer à améliorer la qualité des systèmes d'alimentation. Avec la multiplication des appareils électroniques utilisés par les industries, il y a un besoin croissant d'une source d'électricité propre et fiable, ce qui les rend essentiels pour améliorer la gestion des systèmes électriques.

Comment fonctionne un filtre actif de puissance (APF) ?

Un filtre actif de puissance fonctionne en surveillant et en analysant une forme d'onde en temps réel d'un système d'alimentation. Il peut identifier les composantes fondamentales et harmoniques de la tension et du courant d'alimentation et générer des courants de compensation dans le but de contrecarrer les impacts négatifs des harmoniques. Grâce à une réponse dynamique, il peut filtrer efficacement les fréquences indésirables tout en laissant passer la fréquence fondamentale sans entrave, créant ainsi une alimentation électrique de manière optimale et équilibrée qui répond aux besoins des appareils électroniques sensibles.

Avantages clés des filtres actifs de puissance (FAP)

La mise en œuvre d'un APF offre de nombreux avantages :

• Atténuation des harmoniques : Les APF garantissent la conformité aux exigences réglementaires en réduisant considérablement les distorsions harmoniques de l'alimentation électrique.
• Faire varier le facteur de puissance Les APF améliorent l'efficacité des appareils électriques grâce à la correction du facteur de puissance, ce qui entraîne une réduction des dépenses de fonctionnement.
• Durée de vie améliorée de l'équipement : La réduction de la contamination provenant de sources électriques entraîne moins d'usure des équipements, ce qui prolonge la durée de vie des appareils équipés.
• Adaptabilité en temps réel : Comparés aux types de filtres passifs, dont les caractéristiques sont prédéterminées, les filtres actifs (APF) s'adapteront automatiquement aux changements de charge et aux conditions environnementales pour offrir plus de flexibilité que les filtres passifs.

APF vs. Filtre Passif : Différences Clés

Une comparaison côte à côte des filtres actifs et des systèmes de filtres passifs révèle rapidement les distinctions clés entre ces groupes de produits. Les filtres passifs utilisent uniquement des éléments de circuit passifs (par exemple, des inductances et des condensateurs) pour cibler des fréquences harmoniques prédéterminées ; par conséquent, les filtres passifs présentent peu de capacité d'adaptation aux conditions changeantes. En revanche, les filtres actifs pour la puissance emploient à la fois des calculs algorithmiques et de l'électronique de puissance pour offrir des niveaux de compensation dynamiquement ajustés sur une plage de fréquences de fonctionnement plus large. En raison de leur capacité à fournir une compensation dynamique, les filtres actifs sont généralement plus efficaces dans les applications où le contenu harmonique varie considérablement d'un moment à l'autre ou d'un emplacement à l'autre.

Applications courantes des filtres actifs

Filtre actif de puissance (FAP) trouver une vaste application dans diverses industries, notamment :

• Usines de fabrication : Pour assurer le fonctionnement ininterrompu des machines qui dépendent fortement de l'alimentation électrique électronique.
• Centres de données Dans les situations qui exigent à la fois une fiabilité et une efficacité élevées, les améliorations de la qualité de l'énergie vous permettront de les atteindre à leurs niveaux les plus élevés.
• Systèmes d'énergie renouvelable : Les harmoniques posent souvent problème avec les générateurs d'éoliennes et de panneaux solaires, mais l'utilisation de bancs de condensateurs contribue à stabiliser leur production d'énergie.
• Systèmes de Traction Électrique : Fréquemment utilisé dans les secteurs des transports pour améliorer la qualité de l'énergie de traction.

Les APF ne se contentent pas de remplir ces fonctions ; ils aident également à se conformer à bon nombre des directives et normes industrielles strictes régissant la qualité de l'énergie, ce qui a encore accru leur acceptation dans les réseaux électriques actuels.

Ce que mesure et injecte un filtre actif de puissance (APF)

Un filtre actif de puissance utilise des transformateurs de courant (TC) pour surveiller le courant de charge ou le courant à la source, ainsi qu'un contrôleur pour séparer les composantes indésirables du courant fondamental nécessaire à la charge. Un convertisseur à source de tension injecte ensuite un courant contrôlé présentant un contenu harmonique opposé. Au point de mesure sélectionné, le courant fourni par la source se rapproche ainsi davantage de la forme d'onde de référence. Selon sa conception et ses réglages, le même convertisseur peut également assurer la compensation du courant réactif et contribuer à équilibrer les courants de phase. Toutefois, ces fonctions consomment une partie de la capacité en courant et doivent être prises en compte lors du dimensionnement.

La position des TC détermine ce que le contrôleur peut détecter. Un TC installé autour d'une seule partie d'un départ parallèle ne peut pas corriger un courant qu'il ne mesure pas. Une polarité inversée, une affectation incorrecte des phases, une charge excessive des câbles secondaires ou un rapport de transformation TC incorrect peuvent entraîner une réponse insuffisante, une instabilité ou le déclenchement d'une alarme. Lors de la mise en service, il convient de vérifier l'ordre des phases et la polarité à l'aide d'une charge connue avant d'activer le fonctionnement automatique à pleine puissance.

Comment dimensionner un filtre actif de puissance

Ne choisissez pas un APF uniquement en fonction de la puissance apparente du transformateur en kVA ou de la puissance des variateurs de fréquence (VFD) raccordés. Mesurez le spectre des courants harmoniques et le courant efficace (RMS) au point de correction prévu, dans des conditions de fonctionnement représentatives. Déterminez le courant qui doit être éliminé pour respecter la limite fixée par le projet, ajoutez les courants réactifs et de déséquilibre uniquement si ces fonctions sont nécessaires, puis appliquez des marges tenant compte de la température ambiante, de l'altitude, de l'enveloppe et de la redondance. Vérifiez que le convertisseur dispose d'une bande passante suffisante pour les rangs harmoniques concernés et que son entrée TC, sa tension nominale, sa tenue au courant de court-circuit et ses interfaces de communication sont compatibles avec l'installation.

APF, filtre passif ou batterie de condensateurs désaccordée ?

Un APF est particulièrement intéressant lorsque les charges varient, que plusieurs rangs harmoniques évoluent ou qu'une capacité modulaire par étapes est avantageuse. Un filtre passif accordé peut être efficace pour un spectre prévisible, mais son dimensionnement doit tenir compte de l'impédance du réseau et des états de commutation. Une batterie de condensateurs désaccordée est principalement une solution de compensation de puissance réactive conçue pour éviter une zone de résonance donnée ; elle ne constitue pas automatiquement un filtre harmonique complet. Les systèmes hybrides peuvent répartir les besoins de compensation réactive permanente et de filtrage harmonique dynamique, mais leurs régulateurs et leurs protections doivent être coordonnés.

Mise en service et réception

Enregistrez les formes d'onde initiales de tension et de courant, le spectre, le niveau de charge et les états de fonctionnement. Vérifiez les transformateurs de courant (TC), la ventilation, les protections, le dispositif de dérivation (bypass), les alarmes et les communications. Activez progressivement la compensation en surveillant le courant du convertisseur et la tension du jeu de barres. La réception doit comparer les mesures avant et après intervention au point convenu, en utilisant le même intervalle d'agrégation et le même état de production. Examinez toute nouvelle résonance, surchauffe, déclenchement intempestif ou interaction avec les générateurs, les systèmes UPS, les condensateurs ou d'autres compensateurs actifs.

FAQ : Foire aux questions sur les filtres actifs de puissance

Quels types de filtres actifs de puissance (FAP) sont disponibles ?

Trois types de base de filtres actifs (APF) incluent : (1) APF parallèle – Un filtre actif parallèle se connecte aux charges afin d'atténuer les harmoniques de courant. (2) APF série – Un filtre actif série compense la qualité de la tension (c'est-à-dire la distorsion ou les perturbations de la tension) en étant connecté en série avec le réseau d'alimentation. (3) APF hybride – Un filtre actif hybride est une combinaison d'un filtre actif et d'un filtre passif, ce qui améliore les performances globales et l'efficacité des filtres par rapport à l'utilisation de l'une ou l'autre méthode seule.

Que sont les harmoniques et pourquoi sont-elles nocives ?

Les harmoniques sont des fréquences au sein d'un système électrique qui ne sont pas nécessaires ; ce sont des multiples de la fréquence fondamentale, comme 60 Hz ou 50 Hz. Les problèmes d'harmoniques peuvent entraîner une surchauffe, une défaillance des équipements électriques, une augmentation des factures d'énergie et une usure accrue des appareils électriques. Les filtres actifs de puissance éliminent ces harmoniques indésirables du système, permettant au système de fonctionner de manière fluide et fiable.

Un filtre actif (APF) vaut-il l'investissement ?

Un APF vaut très souvent la peine d'être mis en œuvre dans tout environnement industriel, centre de données et/ou sensible aux équipements électroniques. À long terme, les avantages d'un APF comprennent une diminution des pertes d'énergie et des coûts de maintenance, une durée de vie accrue de vos équipements et une efficacité globale plus grande de votre système, le tout se traduisant par des économies.

Puis-je installer un filtre actif de puissance (FAP) dans ma maison ?

Bien qu'un filtre actif de puissance (FAP) soit couramment mis en œuvre pour résoudre les problèmes de qualité de l'énergie, tels que les harmoniques provenant des appareils électroménagers actuels et des systèmes d'énergies renouvelables, les FAP peuvent être utilisés dans les maisons où il y a un problème de qualité de l'énergie dû aux harmoniques provenant de votre application spécifique. Cependant, comme ils sont très coûteux, ils ont tendance à être mis en œuvre plus fréquemment dans les applications de plus grande taille.

Comment choisir le bon filtre actif (APF) pour mon application ?

Avant de sélectionner un filtre actif de puissance (FAP), une évaluation approfondie de votre système de puissance doit avoir lieu. Les facteurs à considérer incluent la distorsion harmonique, le type de charge, la puissance nominale de la charge et le degré de compensation dont vous avez besoin. De plus, travailler avec un expert ou un fournisseur spécialisé dans les filtres actifs (APF) vous aidera à vous assurer que vous obtenez le meilleur filtre actif de puissance (APF) possible pour votre application.

En offrant une efficacité énergétique accrue, en protégeant les appareils électroniques sensibles contre les dommages et en respectant les normes de qualité de l'alimentation électrique, les filtres actifs représentent un excellent investissement pour toute entreprise désireuse d'améliorer ses systèmes électriques.

FAQ pratique

Que fait un filtre actif de puissance ?

Il mesure les harmoniques indésirables et le courant réactif ou déséquilibré optionnel, puis injecte un courant de compensation contrôlé.

Un APF peut-il améliorer le facteur de puissance ?

Beaucoup de FPA peuvent fournir du courant réactif, mais cela utilise la capacité du convertisseur et doit être inclus dans les paramètres et le dimensionnement du projet.

Comment choisit-on le calibre du courant d'un FAP (Filtre Actif de Puissance) ?

Utiliser le courant harmonique mesuré par rang et cas de fonctionnement, puis inclure la charge réactive optionnelle, le déclassement, l'extension et la redondance.

Où les TC APF doivent-ils être installés ?

Installez-les à la limite que l'APF doit contrôler, avec le rapport, la polarité, le mappage des phases corrects et l'inclusion de tous les chemins parallèles pertinents.

Un APF remplace-t-il une étude harmonique ?

Non. L’étude définit le problème, le point de correction, le courant requis, les interactions avec le réseau et les limites d’acceptation.