Mesure de la qualité de l'alimentation

Auparavant, avec les grands systèmes d'alimentation CA, la « qualité de l'alimentation » était un concept inédit, mis à part le facteur de puissance.

Presque toutes les charges étaient de type « linéaire », ce qui signifie qu'elles ne déformaient pas la forme de l'onde sinusoïdale de tension ni ne faisaient circuler des courants non sinusoïdaux dans le circuit. Ce n'est plus vrai.

Les charges contrôlées par des composants électroniques « non linéaires » sont de plus en plus répandues dans la maison et l'industrie, ce qui signifie que les tensions et les courants dans le(s) système(s) d'alimentation alimentant ces charges sont riches en harmoniques :quelles devraient être des tensions sinusoïdales agréables et propres et les courants deviennent fortement déformés, ce qui équivaut à la présence d'une série infinie d'ondes sinusoïdales haute fréquence à des multiples de la fréquence fondamentale de la ligne électrique.

Effets des harmoniques excessives

Des harmoniques excessives dans un système d'alimentation CA peuvent surchauffer les transformateurs, provoquer des courants de conducteur neutre extrêmement élevés dans les systèmes triphasés, créer un « bruit » électromagnétique sous la forme d'émissions radio pouvant interférer avec des équipements électroniques sensibles, réduire la puissance de sortie du moteur électrique et être difficile à cerner.

Face à des problèmes tels que ces réseaux électriques qui sévissent, les ingénieurs et les techniciens ont besoin de moyens pour détecter et mesurer avec précision ces conditions.

Qualité de l'alimentation

Qualité de l'alimentation est le terme général donné pour représenter l'absence de contenu harmonique d'un système d'alimentation CA. Un compteur de « qualité de puissance » est celui qui donne une certaine forme d'indication de contenu harmonique.

Mesure de la qualité de l'alimentation

Un moyen simple pour un technicien de déterminer la qualité de l'alimentation dans son système sans équipement sophistiqué consiste à comparer les lectures de tension entre deux voltmètres précis mesurant la même tension du système :un compteur étant une unité de type « moyennant » (comme un compteur de mouvement électromécanique) et l'autre étant une unité de type « vrai RMS » (comme un compteur numérique de haute qualité).

N'oubliez pas que les compteurs de type « moyennant » sont calibrés de sorte que leurs échelles indiquent des volts RMS, basés sur l'hypothèse que la tension alternative mesurée est sinusoïdale . Si la tension n'est pas en forme d'onde sinusoïdale, le compteur de moyenne ne sera pas enregistrer la valeur appropriée, alors que le compteur True-RMS le fera toujours, quelle que soit la forme d'onde.

La règle d'or ici est la suivante :plus la disparité entre les deux compteurs est grande, plus la qualité de la puissance est mauvaise et plus son contenu harmonique est important.

Un système d'alimentation avec une alimentation de bonne qualité doit générer des lectures de tension égales entre les deux compteurs, dans les limites de la tolérance d'erreur nominale des deux instruments.

Une autre mesure qualitative de la qualité de l'énergie est le test de l'oscilloscope :connectez un oscilloscope (CRT) à la tension alternative et observez la forme de l'onde. Tout autre chose qu'une onde sinusoïdale propre peut être une indication de problème :

C'est une vague "sinusoïdale" modérément laide. Contenu harmonique défini ici !

Néanmoins, si une analyse quantitative (chiffres chiffrés précis) est nécessaire, il n'y a pas de substitut à un instrument spécialement conçu à cet effet.

Un tel instrument est appelé un mètre de qualité de puissance et est parfois mieux connu dans les cercles électroniques comme un analyseur de spectre basse fréquence . Cet instrument fournit une représentation graphique sur un écran cathodique ou numérique du « spectre » de fréquence de la tension alternative.

Tout comme un prisme divise un faisceau de lumière blanche en ses composants de couleur constitutifs (combien de rouge, orange, jaune, vert et bleu sont dans cette lumière), l'analyseur de spectre divise un signal de fréquence mixte en ses fréquences constitutives et affiche le résultat sous forme d'histogramme :(Figure ci-dessous)

Le Power Quality Meter est un analyseur de spectre basse fréquence.

Chaque nombre sur l'échelle horizontale de ce compteur représente une harmonique de la fréquence fondamentale. Pour les systèmes d'alimentation américains, le « 1 » représente 60 Hz (le 1er harmonique, ou fondamental ), le "3" pour 180 Hz (la 3e harmonique), le "5" pour 300 Hz (la 5e harmonique), et ainsi de suite.

Les rectangles noirs représentent les amplitudes relatives de chacune de ces composantes harmoniques dans la tension alternative mesurée.

Une onde sinusoïdale pure à 60 Hz ne montrerait qu'une grande barre noire au-dessus du « 1 », sans aucune barre noire sur les autres marqueurs de fréquence sur l'échelle, car une onde sinusoïdale pure n'a aucun contenu harmonique.

Les compteurs de qualité de l'énergie tels que celui-ci pourraient être mieux appelés overtone mètres car ils sont conçus pour afficher uniquement les fréquences connues pour être générées par le système d'alimentation.

Dans les systèmes d'alimentation CA triphasés (prédominants pour les applications de grande puissance), les harmoniques paires ont tendance à être annulées, et donc seules les harmoniques existant dans la mesure significative sont les impaires.