Etude des harmoniques de courant générés par des redresseurs sur le réseau électrique

L’électronique de puissance est la branche de l’électrotechnique qui a pour objet l’étude de la conversion statique d’énergie électrique. Elle traite l’énergie électrique par voie statique, elle permet ;
-Une utilisation plus souple et plus adaptée de l’énergie électrique ;
– Une amélioration de la gestion de transport et de la distribution de cette énergie,
-Une discrétion par une réduction des masses et des volumes ainsi que par une fonction ultra sonore des dispositifs.

Un convertisseur statique est un dispositif qui transforme de l’énergie électrique disponible en une forme appropriée à l’alimentation d’une charge. Parmi ces convertisseurs les montages redresseurs qui assurent directement la conversion de l’énergie alternative en énergie continue. Alimenté par une source de tension alternative monophasé ou polyphasé, ils permettent l’alimentation en courant continu des récepteurs branchés a leur sortie. On utilise un redresseur à chaque fois que l’on a besoin du continu alors que l’énergie électrique est disponible en alternatif. Ce mode de fonctionnement entraine une modification périodique du circuit électrique entre l’entrée et la sortie des montages.

Nous distinguons plusieurs types de redresseurs à savoir :
◆ Les redresseurs monophasés simple alternance, double alternance à diodes, à thyristors et mixte.
◆ Les redresseurs triphasés simple et double alternance à diodes, à thyristors et mixte.

L’électronique de puissance concerne les dispositifs (convertisseurs) permettant de changer la forme de l’énergie électrique. Elle comprend l’étude des structures, de la commande et des applications industrielles de ces convertisseurs. Elle utilise des composants électroniques qu’on appelle interrupteurs semi conducteurs. Les semi-conducteurs sont des matériaux présentant une conductivité électrique intermédiaire entre les métaux et les isolants. Ils sont primordiaux en électronique, car ils offrent la possibilité de contrôler la direction du courant électrique.

Montage redresseur :
Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont les convertisseurs de l’électronique de puissance qui assurent directement la conversion de l’énergie alternative-continue. Comme c’est sous cette seconde forme que l’énergie électrique est presque toujours générée et distribuée, les redresseurs ont un très vaste domaine d’applications. Les réseaux et les récepteurs électriques apparaissent sous deux formes, continus alternatifs, conduisent a quatre types de convertisseurs, parmi ceux-ci, la conversion alternatif continu. La chaine de conversion est composée de la source alternative, du commutateur et de la charge. L’étude de chacune de ses fonctions permet de juger de leur influence sur l’efficacité globale du redresseur. Les redresseurs à diodes, ou redresseurs non commandés, ne permettent de faire varier le rapport entre la ou les tensions alternatives d’entrée et la tension continue de sortie. De plus, ils sont irréversibles. C’est-à-dire que la puissance ne peut aller du coté continu vers le côté alternatif. Les redresseurs à thyristors, ou les redresseurs commandés, permettent pour une tension alternative d’entrée fixée, de faire varier la tension continue de sortie. Ils sont de plus réversible; lorsqu’ils assurent de la puissance du coté continu vers le côté alternatif, on dit qu’ils fonctionnent en onduleurs non autonomes.

Organisation d’un convertisseur alternatif- continu :
L’élément clef de notre étude est le convertisseur alternatif-continu. Mais ce redresseur ne peut être dissocié du récepteur qu’il alimente. De la même manière l’ensemble (convertisseur +récepteur) constitue la charge de la source électrique d’où provient l’énergie c’est-à-dire, le réseau d’alimentation. L’ensemble constitue une chaine de conversion dont chacun des éléments ne peut être étudié qu’en tenant compte des autres.

Principe d’étude d’un montage redresseur :
La première étape de l’étude des montages redresseurs consiste à identifier les différentes phases de fonctionnement c’est-à-dire, les intervalles correspondant à chaque configuration d’état bloqué ou passant des composants de puissance du montage. [9] Ensuite par chacune de ces phases, on doit :
– Ecrire des équations différentiels liant les diverses variables ;
– Résoudre les équations aux constantes d’intégrations près ;
– Assurer les conditions de continuités par l’intermédiaire de ces constantes.

Le travail présenté dans ce mémoire est une étude comparative entre les harmoniques de courant générés par les redresseurs sur le réseau électrique. A fin d’aborder cette étude nous avons commencé par présenter les conversions «alternative continue » commandées, et non commandées. Puis nous avons étudié les courants générés par ces redresseurs (monophasés, triphasés), en utilisant la décomposition en série de FOURIER, la méthode de simulation et l’analyse spectrale de ces courants. Ces courants représentent des harmoniques qui provoquent des échauffements supplémentaires notamment dans les lignes, les transformateurs et les batteries de condensateur, ils causent des vibrations et des bruits dans les matériels électromagnétiques, aussi peuvent perturber la liaison et les équipements, et le risque d’excitation de résonance. Comme solution préliminaire pour réduire ces harmoniques et améliorer les allures des courants du réseau ainsi améliorer le THDI (taux de distorsion harmonique du courant) ; elle existe plusieurs techniques de réduction de ces harmoniques. Néanmoins, nous avons constaté que ces redresseurs triphasés commandé sont ceux qui ont moins d’harmoniques ce qui nous permet de conclure que ce sont des montages redresseurs les plus utilisables.