La Qualité de l`énergie électrique. Filtrer les harmoniques

La Qualité de l’énergie électrique.
Filtrer les harmoniques de courant
et nettoyer la tension de la pollution
Kamal Al-Haddad ing. M.Sc.A. Dr. G.É
Professeur
Titulaire de la Chaire de Recherche du Canada
Conversion de l’Énergie Électrique et Électronique de Puissance
Montréal le 15 février 2005
1
Avez-vous déjà entendu parler des
harmoniques ?
• Avez-vous vu leurs effets?
• Avez-vous déjà souffert de leur présence?
• Savez-vous comment réduire les effets
néfastes des harmoniques?
2
1
Plan de la présentation
• Qualité de l’énergie électrique
• Pourquoi
P
i nous avons b
besoin
i d
de filt
filtrer lles
harmoniques
• Les sources harmoniques
• Les techniques de filtrage passifs et hybrides
– Filtres classiques
– Filtres avancés
• Contrôler les filtres
• Applications industrielles
3
Les applications types des filtres pour
améliorer la qualité de l’énergie
Immeubles et bureaux
bureaux, Hôpitaux,
Hôpitaux Bâtiments
industriels, etc
Alimentations de secours UPS
Climatisation HVAC
Centre, parc d’ordinateurs
Éclairage, Ascenseurs
Drives et autres charges polluantes
4
2
Introduction
• La qualité de l’énergie électrique est un indicateur de la
santé des équipements électriques branchés sur le
réseau.
• La santé des équipements (bon fonctionnement,
défaillance, durée de vie, etc.) est affectée directement par
la qualité du réseau à l’intérieur du bâtiment et surtout de
la tension disponible sur chacune des prises électriques.
• Garder une bonne qualité de l’énergie c’est équivalent à
protéger l’environnement des pollutions.
• La qualité de l’énergie est mesurable comme la qualité de
l’air
• Harmoniques
H
i
d
de tension==
t
i
monoxyde
d de
d carbone
b
CO
• Harmoniques de courant== dioxyde de carbone CO2
• Taux de distorsion harmonique élevé == Avertissement
SMOG
5
Quelle est la situation ?
• Plusieurs techniques sont actuellement
disponibles pour aider à améliorer la qualité de
l’é
l’énergie.
i
• Si les équipements sont déjà installés,
comment améliorer la qualité et éviter les
problèmes?
• Ajouter le critère qualité de l’énergie au
départ et ceci avant d
départ,
d’arrêter
arrêter le choix et par la
suite l’acquisition de l’équipement
• N’oublier pas que la meilleure technique de
protection est à la source.
6
3
Quel est le Problème ?
PCC
Charges non linéaires
Vs
Xs
is
???
Un courant de charge riche en
harmoniques
les harmoniques de courant sont injectées
dans la source via les câbles impédantes
Distorsion de la tension au PCC
7
Charges Non-Lineaires
•
Diodes, thyristors e tous les autres semi-conducteurs de puissance sont
très utilisés pour contrôler l’écoulement de l’énergie dans les charges
comme: Drives (ASDs),Ordinateurs, toutes les sources d’alimentations,
es sou
sources
ces d’énergie
d é e g e renouvelables,
e ou e ab es, etc.
etc
les
•
•
75% de l’énergie produite transite par les convertisseurs statiques.
Ces convertisseurs absorbe un courant non sinusoïdale, et échange de
l’énergie réactive avec la source d’alimentation.
Dans le système triphasé, ces harmoniques causent un débalancement
de la tension et un courant excessif circulant dans le conducteur de
neutre
•
Conséquences:
–
–
–
–
Un mauvais facteur de puissance
Rendement faible
Pollution à d’autres clients
Interférences aux réseaux de télécommunication
8
4
Impact de la Distortion
THD
0%
33%
Peak 100%
RMS 100%
133%
105%
38.6%
168%
107%
44%
204%
109%
→ Modification importante de la
valeur
l
crête
êt
→ Augmentation de la valeur RMS
∞
I RMS = I + ∑ In
2
1
n =2
Charge industrielle
non-lineaire type
DC Drives
9
Convertisseur
Type AC
Drives
Inductance de lissage
Pour 60 KVA AC Drive
10
5
Charges non linéaires actives
ABB- ACF-600 Air conditionné
45 KVA Drive
Grahame contrôleur pour
60 KVA HVAC Drive
11
Train de banlieue
Montréal Deux Montagnes
4 moteurs, 360 Hp dans chaque motrice
Ligne monophasé de 5 kV
Train léger à Orlando
Train type monorail, Jackson Ville
Conception et installation par
Laboratoire ETS-Bombardier 1999-2003
12
6
Exemple de THD des courants pour différentes charges
ALIMENTATION DOUBLE
PRISE
THD = 50%
PC
THD = 44.6%
OSCILLOSCOPE
THD = 19.1%
13
Formes des courants absorbés par les charges types:
Sources d’alimentations, ordinateur, Ins. de mesure
Alimentations
Ordinateur
Instrument de mesure
14
7
Éclairage électronique
Lampe incandescent
Fluorescent
compact type
15 watts
Fluorescent compact
type 11 watts
15
Pourquoi c’est nécessaire de filtrer les
harmoniques ?
•
•
•
•
•
•
•
•
Dégradation de la qualité de l’énergie
Pertes additionnelles, surchauffe
Surtension récurrente
Mal fonctionnement et des équipements électroniques sensibles,
Vibrations mécanique dans les stystèmes électromécaniques
Déclenchement des disjoncteurs, brûler les fusibles de protection
Problème de résonance avec les condensateurs de compensation de la
puissance réactive déjà installé
Il faut respecter les normes sur les
– Harmonics standards
– Limitation de la tension harmonique
– Limitation du courant harmoniques
Attention, Ces normes sont souvent fait par les fournisseurs d’énergie.
Pour le réseau à l’intérieur des bâtiments il faut appliquer
des normes plus strictes
16
8
Filtrer les harmoniques
comment ?
Courant fondamental
Alimentation
Charges
Power
Quality
Filter
1 ,3
Les
HARMONIQUES
1 ,3
1 ,3
0
0
36 0
0
3 60
36 0
-1 ,3
-1 ,3
-1 ,3
17
Harmo
oniques
Forme
es d’ondes
Analyse harmoniques des signaux
1 ,3
1 ,3
1 ,3
0
360
0
0
360
360
-1 ,3
-1 ,3
-1 ,3
Courant
propre non
pollué
Courant
des charges
=
Courant du
filtre
+
40
40
40
20
20
20
0
0
0
-2 0
-2 0
1
5
7
11
13
17
19
1
5
7
11
13
17
19
-2 0
1
5
7
11
13
17
19
18
9
1- Charges type source de courant
Source
Ch
harge
iL
Zs
es
19
2- Charges type source de tension
Zs
vL
C
Chharge
Source
es
20
10
Quoi utiliser comme moyen de mitigation?
• Les filtres LC conventionnels ont déjà été
pour éliminer les harmoniques
q
utilisés p
• Les banques de condensateurs sont utilisés
pour améliorer le facteur de puissance à
l’entrée des bâtiment afin de réduire la
facture d’électricité
• Pourquoi ne pas utiliser cette technologie
encore?
21
Filtres passifs synchronisés
Charge non lineaire
Charge non lineaire
Charge non lineaire
Source
Ls, rs
es
Ls, rs
iL
M
Source
Source
LL, rL
M
R
Lh, rh
N
Filtre résonnant
LL, rL
es
Ch
Lh, rh
iL
M
LL, rL
Ch
es
Ls, rs
iL
N
Filtre passe haut
5e
C5
C7
L5
C7
7e
Ck
Lk,
rk
R
N
Filtre passe haut
22
11
Exemple d’installation
des filtres passifs
Exemple d’une installation de
13 MVAR
Batteries
i de condensateurs pour
320 KV/120kV/25KV réseau de
distribution
6 fois 60kVAR, 600 Volt
installation du Bâtiment AETS
23
Désavantages du filtrage passif
•Compensation
Compensation fixe,
•Volumineux,
•Risque de résonance à tout moment.
24
12
Une solution active ou hybride
s’impose
• Le filtrage actif ou hybride est une solution intéressante
– Dynamique
– Adaptative
– Une technologie devenue mature
• Permet d’effectuer plusieurs fonction à la fois
–
–
–
–
Compensation de la puissance réactive
Élimination de certaines harmoniques
Stabiliser la tension et éviter la résonance
Disponible pour les installations sous différentes topologies
• Deux fils (système monophasé),
y
triphasé),
p
),
• Trois files sans neutre ((système
• Quatre fils (3-phases avec le neutre)
25
Une solution active/hybride s’impose
• L’augmentation de la sévérité de la pollution harmonique
ap
pourssé le développement
pp
d’un système
y
dynamique
y
q et
ajustable pour améliorer la qualité de l’énergie
• Ces équipements sont connu sous différents noms:
–
–
–
–
–
Filtres actifs ou hybrides (AF),
Conditionneur active de la ligne (APLC),
Compensateur instantané de la puissance réactive(IRPC),
Conditionneur active de la qualité de l’énergie(APQC)
D’autres
D
autres noms sont certainement utilisés
26
13
Un exemple d’un filtre actif
de 60 Ampères
27
Tendances technologiques
• La technologie des filtres actives est maintenant mature
pour être utilisé comme élément de compensation dans les
qualité de l’énergie
g est en
bâtiments et industries où la q
question.
• Cette technologie s’est beaucoup améliorée depuis un
quart de siècle avec l’arrivé sur le marché de plusieurs
configurations et techniques de contrôle.
• Cette technologie est utilisée pour éliminer les
harmoniques, réguler la tension, éliminer le papillotement
de la tension, éliminer le déséquilibre de la tension.
• Ce plus grand nombre d’objectifs sont atteints soit
individuellement ou bien en combinaison dépendamment
du besoin du client (le choix de la stratégie de contrôle, la
topologie, le nombre de conducteurs, etc.)
28
14
La qualité sur le réseau monophasé
• Les charges monophasés comme: éclairage, fours, Écrans - TVs,
Ordinateurs,, imprimantes, photocopieuses, climatisation, agissent
comme des charges non linéaires et absorbent un courant non
sinusoïdal ce qui détériore la qualité de ll’énergie
énergie.
• Une installation dédiée pour les ordinateurs, et autres charges
monophasées polluantes doit être:
– Compensée en terme de tension (Vmin et Vmax)
– Protéger contre les variations de la lignes (surtension, creux, etc)
– Découplée et isolée des autres charges et pour minimiser l’interaction
via la tension d’alimentation
– Isolateur galvaniquement avec écran électrostatique
– Bien mise à la terre
• La plupart de ces charges sont du type générateur d’harmoniques
de tension
• Un filtre active série ou combinaison entre série-parallèle permet de
les compenser
29
Les composantes du filtre actif
icomp
Filtre
Filt
d’entrée
Onduleur
Type courant
ou tension
É
Élément
de
stockage de
l’énergie
L/C
Circuit de
commande
30
15
Système monophasé avec le controleur en
schéma block
Rs
Ls
D1
iL
is
D2
iLdc
RL
vs
LL
D3
Cc
D4
Lμ
T1
ic
Lc
G1
Rc
Cdc
vf
T2
G2
T3
G3
Vdc
T4
G4
+
Commutation
technique
Gating signals for
the inverter
31
avantcompensation
(THD=26%)
après compensation
(THD=8.6%)
après compensation
(THD=1.8%)
Système monophasé: le courant de ligne peut être plus
propre que la tension de ligne
32
16
La qualité de l’énergie sur le réseau triphasé
•
Comme la majeur partie de l’énergie est consommée par des charges
triphasées telles: Variateurs de vitesse avec une entrée redresseur à
diodes, à thyristors ou dernièrement nous avons les redresseurs actif à
IGBT.
– La g
grande majorité
j
de redresseurs utilise les diodes éléments de redressement.
• Ces diodes imposent un spectre d’harmoniques proportionnel à la consommation
énergétique
• Le facteur de déplacement est unitaire mais le facteur de puissance est mauvais
variant de .56 à .9
•
La dernière technologie des redresseurs d’entrée est du type IGBT inclus la
fonction correction du facteur de puissance et la compensation de l’énergie
réactive.
Ces convertisseurs peuvent être qualifiés d’intelligents s’ils sont munis
d’un contrôleur approprié
Un filtre d’entrée est nécessaire pour augmenter l’impédance de ligne,
li
lisser
l courantt ett protéger
le
té
l convertisseur
le
ti
Ils sont bidirectionnels en puissance
Ils coûtent plus cher
Technologie de l’avenir
•
•
•
•
•
33
Exemple d’une mesure effectuée sur un variateur triphasé utilisant un
système à trois conducteurs
LINE VOLTAGES & LINE CURRENTS WITHOUT ACTIVE FILTER
750
500
Volts
250
0
-250
-500
-750
3000
2000
A
Amps
1000
0
-1000
-2000
-3000
10:25:43.72
10:25:43.73
CHA Volts
10:25:43.74
CHB Volts
10:25:43.75
CHC Volts
CHA Amps
10:25:43.76
CHB Amps
10:25:43.77
CHC Amps
Waveform event at 22/11/01 10:25:43.533
34
17
Les formes d’ondes après compensation
L IN E V O L T A G E S & L IN E C U R R E N T W IT H A C T IV E F IL T E R
750
500
250
0
250
500
750
000
000
000
0
000
000
000
10:41:55.72
10:41:55.73
CHA Volts
10:41:55.74
CHB Volts
10:41:55.75
CHC Volts
CHA Amps
10:41:55.76
CHB Amps
10:41:55.77
CHC Amps
10:41:55.7
Waveform event at 22/11/01 10:41:55.533
35
Amplitudes des harmoniques significatives
avant compensation
15.0
CHA Vthd
CHB Vthd
CHC Vthd
CHA Ithd
CHB Ithd
CHC Ithd
12.5
Vthd(%)
10.0
Min
11.27
11.50
11 44
11.44
21.27
22.68
25.65
Max
12.06
12.12
12 30
12.30
22.29
23.51
26.94
Median
11.59
11.66
11 80
11.80
21.80
23.13
26.36
7.5
5.0
2.5
0.0
35
30
Ithd(%
%)
25
20
15
10
5
0
10:25:43.0
CHA Vthd
10:25:43.5
CHB Vthd
10:25:44.0
CHC Vthd
CHA Ithd
10:25:44.5
CHB Ithd
10:25:45.0
CHC Ithd
22/11/01 10:25:43.00 - 22/11/01 10:25:45.00
36
18
Amplitudes des harmoniques significatives
après compensation
15.0
CHA Vthd
CHB Vthd
CHC Vthd
CHA Ithd
CHB Ithd
CHC Ithd
12.5
Vthd(%)
10.0
Min
3.10
3.22
3.28
1.17
1.46
1.79
Max
4.02
4.12
4.23
2.45
2.62
3.22
Median
3.47
3.61
3.61
1.54
2.07
2.30
7.5
5.0
2.5
0.0
35
30
Ithd(%)
25
20
15
10
5
0
10:41:55.0
CHA Vthd
10:41:55.5
CHB Vthd
10:41:56.0
CHC Vthd
CHA Ithd
10:41:56.5
CHB Ithd
10:41:57.0
CHC Ithd
22/11/01 10:41:55.00 - 22/11/01 10:41:57.00
37
Qualité de l’onde dans le réseau 4 fils
• Un courant de neutre excessif due aux charges non
linéaire déséquilibrés.
• La
L composante
t de
d courantt le
l troisième
t i iè
h
harmonique
i
peutt
atteindre des valeurs dépassant la limite de la capacité de
l’installation.
– Surchauffe des circuits magnétiques, transformateur et autres
– Feux dans les câbles
• Des techniques passives telles transfo zigzag et autre ont
été utilisé
• Les techniques actives plus efficace permettent la
réduction jusqu’è l’élimination du courant neutre,
compensation des harmoniques, balancement de la
charge, compensation de la puissance réactive.
38
19
Problème d’harmoniques dans le réseau à 4 fils
•
Exemple: réseau typique
MV
LV
L1 (R)
Protection
Ith (L): 100ARMS
N: 65-80% * Ith
Charges
NL
L2 (Y)
L3 (B)
N
PQFT
NL Loads:
- Fluor.
-Éclairage
NL Loads:
NL Loads:
- Controleur
des moteurs
...
- Fluor. light
- PCs
- ...
Ordinateurs.
39
La qualité de l’énergie dans le système à 4 fils
Load current
I [100 A/div]
I [100 A/div]
Line current
ƒCourant de charge:
ƒ- Ifond ≈ 80ARMS/phase
ƒ- IH3 ≈ 50 ARMS/phase
ƒ- THDI ≈ 63 %
ƒ- CF ≈ 2.1
ƒAprès compensation
ƒCourant de ligne:
ƒ Ifond ≈ 80 ARMS/phase
ƒIH3 ≈ 0 ARMS/phase
- THDI ≈ 3 %
- CF ≈ 1.4
Time [10 ms/div]
40
20
Le problème de la troisième harmonique
dans le système à 4 fils
I [100 A/div]
Without filter
Force de l’harmonique H3
dans le neutre sans et avec
filtre
Sans filtre:
IH3 ≈ 150 ARMS
avec filter:
- IH3 ≈ 0 ARMS
I [100 A/div]
With filter
Time [10 ms/div]
Conclusion
•le filtre actif améliore
•le comportement du
système
•élimine l’harmonique
d’ordre 3.
41
Avancement technologique
•
•
•
•
Les nouveaux semi-conducteurs de puissance
Thyristors, BJTs et power MOSFETs on
Later, SITs and GTOs ont tout debut été utilisés.
Avec l’arrivé du composant IGBTs le problème du filtre est
réglé pour les applications à moyenne puissance.
• La qualité des capteurs développé à base de (Integrated
électronics) à améliorer ses performances
• La disponibilité des composants a grandement réduit le
coût des installations.
installations
• L’introduction des techniques avancées de commande
42
21
CONFIGURATIONS
• Les filtres actifs peuvent être classés en en
fonction du type de convertisseur,
convertisseur type de
topologie et le nombre de phase à compenser
is
vAF
iL
Non-Linear
Loads
~
AC Mains
AF
vd
43
Contrôleur unifié de l’énergie, filtre
universel
is
vAF
iL
Non-Linear
Loads
~
AC Mains
ic
UPQC
Q
Series AF
Shunt AF
44
22
Combinaison d’un filtre actif série et
d’un filtre passif shunt
is
v AF
iL
Non-Linear
i
Loads
~
AC Mains
ic
Shunt Passive
Filter
Series AF
45
Exemple de compensation
Ces figures montrent la compensation par deux méthodes directe et indirecte
THD=28.35%
THD=5 12%
THD=5.12%
THD=2.92%
Le régime permanent est obtenu après demi-cycle. La perturbation est de 75%
46
de la charge nominale
23
Résultats expérimentaux
PM3394, FLUKE & PHILIPS
PM3394, FLUKE & PHILIPS
*
sa
i
vsa
isa
isa
iLa
iLa
ica
(a)
(b)
Time (5ms/div)
=
ica
Time (5ms/div)
*
Reference
sa
i
current outputted from DSP, isa=7.49 A (rms),
=6.65 A (rms), ica= 1.94 A (rms), and vsa=60V(rms)
THD in Load Current = 29.7 %
THD in Supply Current = 3.2 %
iLa
47
Experimental result of AF system with improved
control technique
PM3394, FLUKE & PHILIPS
PM3394, FLUKE & PHILIPS
ch1
ch1
v sa
ch2
i sa
ch3
ch4
i La
ch2
i sa
ch3
ch4
i ca
(a)
v sa
isb
isc
(b)
Time (5ms/div)
Time (5ms/div)
vsa=60V(rms), isa= isb= isc=3.55 A (rms) to 8.22 A (rms),
iLa= 2.9 A(rms) to 6.85 A(rms) and ica=1.45 A (rms) to 2.3 A (rms)
THD in Supply Current=3.2%, THD in Load Current=29.7%
48
Load perturbation response of AF system for an increase in load from
0.52 kW to 1.23 kW
24
View of existing technology 100A
unit
49
Technical specifications
50
25
Intégration commerciale du APF
2000 : premier projet nonindustriel
Dubai Burj Al Arab
• charges: Drives &
Dimmers
51
Exemple d’un bassin d’électrolyse
• Transfo 3000kVA / 6.1%
• 6x600kVA redresseur
• 6x200kvar / 7%
400Vac
15Vdc
15kA
PQFA
Schéma de l’alimentation
52
26
Electrolyse
Initial current
7.00E+02
7.00E+02
6.00E+02
6.00E+02
5.00E+02
5.00E+02
4.00E+02
4.00E+02
3.00E+02
3.00E+02
2.00E+02
2.00E+02
1.00E+02
1.00E+02
0.00E+00
0.00E+00
-1.00E+02
-1.00E+02
-2.00E+02
-2.00E+02
-3.00E+02
-3.00E+02
-4.00E+02
-4.00E+02
-5.00E+02
-5.00E+02
-6.00E+02
-6.00E+02
-7
7.00E+02
00E+02
-7.00E+02
0.00E+00
5.00E-03
1.00E-02
1.50E-02
2.00E-02
2.50E-02
3.00E-02
3.50E-02
4.00E-02
4.50E-02
5.00E-02
0.00E+00
5.00E-03
1.00E-02
1.50E-02
2.00E-02
2.50E-02
3.00E-02
3.50E-02
4.00E-02
4.50E-02
5.00E-02
Time [5ms/div]
Time [5ms/div]
La haute fréquence est due à d’autres stations
53
Application chauffage par induction
91.2 MVA
20 kV
T2
2 MVA
6%
400 V
T1
2 MVA
6%
400 V
T3
2 MVA
6%
400 V
3200/5
15 VA
700 kvar Drives
945 kVA
7%
(1010 A) (1364 A)
To T1
PQFA
296 kVA
(428 A)
400 kvar
7%
(577 A)
Drives
315 kVA
(455 A)
400 kvar
7%
(577 A)
Drives
315 kVA
(455 A)
54
27
Courant de charge mesuré
Courant de ligne aprèscompensation
Courant de ligne avant compensation
3000
3000
2000
2000
1000
Line current [A]
Line current [A]
1000
0
0
-1000
-1000
-2000
-2000
-3000
-3000
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Time [ms]
Time [ms]
Courant comtenant toutes
les composantes fréquentielles
Presque un courant sinusoidal
55
Contenu harmonique, chauffage
Impact du filtre
14%
14%
12%
12%
Current distortion [%]
Current distortion [%]
Harmoniques avant compensation
10%
8%
6%
4%
10%
8%
Real effect on
high frequencies
6%
4%
2%
2%
0%
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
Frequency [Harmonics]
0%
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
Frequency [Harmonics]
56
28
Usine fabrication des câbles
10kV/0.4kV
10kV/0
4kV
630kVA/4.3%
PQFA A
PQFA-A
230kW 230kW
Utilisation massive des contrôleurs à distance à 1050Hz & 1600Hz
57
Courant avant et après compensation
FILTER OFF - Pizolbahn/Wangs [09/12/97]
FILTER RUNNING - Pizolbahn/Wangs [09/12/97]
800
800
700
700
600
600
500
500
400
400
300
300
200
Current [A]
Current [A]
200
100
0
-100
100
0
-100
-200
-200
-300
-300
-400
-400
-500
-500
-600
-600
-700
-700
-800
0
-800
0
5
10
15
20
25
30 35
40
45 50 55
Time [ms]
60
65 70
75
80
85
90
5
10
15
20
25
30
35
95 100
40
45 50 55
Time [ms]
60
65
70
75
80
85
90
95 100
FILTER RUNNING - Pizolbahn/Wangs [09/12/97]
FILTER OFF - Pizolbahn/Wangs [09/12/97]
500
500
450
450
400
400
350
Current [Arms]
Current [Arms]
350
300
250
300
250
200
200
150
150
100
100
50
58
50
0
0
0
0
5
10
15
20
25
Harmonics
30
35
40
45
5
10
15
20
25
Harmonics
30
35
40
45
50
50
29
Impact sur la qualité de la tension
Tension initiale du réseau
Tension après compensation
FILTER RUNNING - Pizolbahn/Wangs [09/12/97]
700
600
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
Voltage [V]
Voltage [V]
FILTER OFF - Pizolbahn/Wangs [09/12/97]
700
0
-100
0
-100
-200
-200
-300
-300
-400
-400
-500
-500
-600
-600
-700
-700
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45 50 55
Time [ms]
60
65
70
75
80
85
90
0
95 100
5
10
15
20
25
30
35
40
45 50 55
Time [ms]
60
65
70
75
80
85
90
95 100
59
Exemple d’un système de climatisation HVAC
courants avant filtre
Phase L1
Phase L2
Phase L2
Y2
Amps
1000
C
U
R
R
E
N
T
S
0.00
0.01
0.02
0.03
Channel A (I)
0.04
0.05
Y2
Amps
1000
Y2
Amps
100
750
750
750
500
500
500
250
250
250
0
0
0
-250
-250
-250
-500
-500
-500
-750
-750
-1000
0.06Sec.
0.00
0.01
0.02
0.03
Channel B (I)
0.04
0.05
-1000
0.06Sec.
-750
0.00
Y2
Amps
200
Y2
Amps
200
Y2
Amps
200
175
175
175
150
150
150
125
125
125
100
100
100
75
75
75
50
50
50
25
25
0
500
1000
1500
2000
Channel A (I)
2500
3000
3500Hz
0.02
0.03
Channel C (I)
0.04
0.05
-100
0.06Se
25
0
0
0.01
0
0
500
1000
1500
2000
Channel B (I)
2500
Avant filtre
3000
3500Hz
0
500
1000
1500
2000
Channel C (I)
2500
3000
3500Hz
60
30
Exemple d’un système de climatisation HVAC
courants après filtre
Phase L1
Phase L2
Phase L2
Y2
Amps
1000
C
U
R
R
E
N
T
S
0.00
0.01
0.02
0.03
Channel A (I)
0.04
Y2
Amps
1000
750
750
750
500
500
500
250
250
250
0
0
0
-250
-250
-250
-500
-500
-500
-750
-750
-1000
0.06Sec.
0.05
Y2
Amps
1000
0.00
0.01
0.02
0.03
Channel B (I)
0.04
-750
-1000
0.06Sec.
0.05
0.00
Y2
Amps
200
Y2
Amps
200
Y2
Amps
200
175
175
175
150
150
150
125
125
125
100
100
100
75
75
75
50
50
50
25
25
0
500
Courant de charge[20
00A/div]
L3
L2
L1
1
0
1000
1500
2000
Channel A (I)
2500
3000
0
3500Hz
0.01
0.02
0.03
Channel C (I)
0.04
-1000
0.06Sec.
0.05
25
0
500
1000
1500
2000
Channel B (I)
2500
3000
0
3500Hz
0
500
1000
1500
2000
Channel C (I)
61
2500
3000
3500Hz
Exemple de compensation d’une
charge déséquilibrée
1200
1 20 0
1000
1 00 0
800
80 0
600
60 0
400
40 0
200
20 0
0
0
-200
- 20 0
-400
- 40 0
-600
- 60 0
-800
- 80 0
-1000
-1 00 0
-1200
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
-1 20 0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Temps[5ms/div]
62
31
Application aux systèmes de
traction
63
Train Deux Montagnes
37 km d’infrastructure
-Proche de 8 millions de
passagers par année
-Transport de grande
qualité
64
32
Montreal Commuter
Deux-Montagnes.
Courant de ligne et tension de ligne. PCC (25 kV). La
puissance demandée est 5.5 MVA par unité
65
Tension et courants mesurés en traction à
puissance nominale
1000
T en sion [V]
1000
0
-1000
-2000
C ou r a nt [A ]
Les signaux mesurés
2000
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0
-1000
-2000
2000
2000
1000
1000
C ou r a nt [A]
T en s ion [V ]
Les signaux mesurés
2000
0
-1000
-2000
0.02
0.04
0.06
0.08 0.1
Temps [sec]
0.12
0.14
0.16
0.18
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
Temps [sec]
0.12
0.14
0.16
0.18
0
-1000
-2000
0
0
66
33
Jackson Ville
People Mover
Système de traction
entièrement développé
au laboratoire
ETS-Bombardier
Transports
67
Trajectoire et contact électrique
Train Shoe pour assurer le
contact avec
Une source de
480 Volts, 3-phases
68
34
13.Harm. [V]
Overlay [V]
Sum [V]
1000.00
1000.00
1000.00
ih13(z) [V]
Sum [V]
1000.00
1000.00
500.00
500.00
500.00
500.00
500.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
-500.00
-500.00
-500.00
-500.00
-500.00
-1000.00
-1000.00
-1000.00
0.00 s
0.04
0.08
ih5(z)
( ) [[V]]
ih7(z)
( ) [[V]]
-1000.00
Sum [[V]]
-1000.00
0.00 s
0.04
0.08
1000.00
1000.00
1000.00
ih5(z) [V]
ih7(z) [V]
Sum [V]
1000.00
1000.00
1000.00
500.00
500.00
500.00
500.00
500.00
500.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
-500.00
-500.00
-500.00
-500.00
-500.00
-500.00
-1000.00
-1000.00
-1000.00
-1000.00
-1000.00
0.00 s
0.04
0.08
-1000.00
0.00 s
0.04
0.08
Resonance of 1000Hz 100V, the 13th harmonic
does not exist and has not been detected.
Resonance of 1000Hz 100V, line contains the 13th
harmonic. The 13th harmonic (100V) has been
detected (red trace).
Resonance of 1000Hz 100V, line contains the 5th
and 7th harmonic. The harmonics (100V) have
been detected (green and red trace).
Without resonance frequency, line contains the 5th
and 7th harmonic. The harmonics (100V) have
been detected (green and red trace).
Jacksonville 250 kWatts, 480 volts 3-phase supply for
monorail traction system
14kW without compensation
14kW with compensation
14kW without compensation
14kW with compensation
69
70
35
81kW without compensation
94kW with compensation
81kW without compensation
94kW with compensation
71
Commentaires
• La qualité de l’onde est un objectif collectif à atteindre.
• Les techniques de mitigation pour améliorer la qualité de l’onde
existe il faut les utiliser pour prévenir les problèmes
• Les applications du filtrage actif types sont les charges types
variateurs plus spécifiquement le contrôleur CA
• D’autres charges non linéaires peut bénéficier des filtres
• Ie filtrage actif peut être utiliser pour des nouvelles installations et
aussi pour améliorer les installations existantes.
• Le filtrage actif est flexible, facile à dimensionner, pas de surcharge,
phénomène de résonance ou interaction avec des nouveaux
équipements
• Fiable
• Peut être à bon marché
72
36
Merci !!
73
37