Un oscilloscope montrant l’onde sinusoïdale.
La recherche de la définition de la distorsion harmonique totale est difficile à comprendre pour de nombreuses personnes. Le calcul de la distorsion harmonique est difficile car il nécessite une compréhension de l’algèbre. C’est un sujet important que beaucoup de gens ne réalisent pas. Je vais essayer d’expliquer la distorsion harmonique totale pour la rendre compréhensible pour tout le monde.
Pour répondre à la question « Qu’est-ce que la distorsion harmonique ? » nous devons d’abord comprendre ce qu’est une onde sinusoïdale et comment elle fonctionne. Le THD peut affecter la plupart des équipements que nous utilisons tous les jours, y compris les radios, les chaînes stéréo et les appareils électriques.
Qu’est-ce Qu’une Onde Sinusoïdale ?
Une onde sinusoïdale est une représentation graphique d’une oscillation continue. Ceci est utilisé pour visualiser des oscillations répétées ou des impulsions qui ne peuvent pas être vues. Les ondes sont la forme d’énergie la plus courante. Les ondes oscillantes peuvent être vues dans la lumière, le son, les signaux radio et l’électricité. Ce sont des unités d’énergie, telles que les électrons et les protons qui se déplacent à une fréquence ou une vitesse constante.
L’amplitude est la mesure de l’énergie dans une onde sinusoïdale. C’est le pic de la vague juste avant qu’elle ne se courbe vers le niveau inférieur. La fréquence de l’onde est sa largeur. Si nous regardons les axes X & Y pour une onde sinusoïdale, X représente le plan horizontal (fréquence) et Y la verticale (amplitude). Ces axes ensemble donnent à l’onde sinusoïdale sa forme.
L’onde sinusoïdale est composée de courbes répétitives identiques si la fréquence et l’amplitude sont constantes. La longueur d’onde diminuera si la vitesse d’impulsion est réduite (la fréquence est réduite). L’amplitude et la hauteur des vagues diminueront si l’énergie de l’impulsion est diminuée.
Une onde sinusoïdale constante est idéale pour les signaux purs. Cela signifie que la fréquence et l’amplitude ne doivent jamais changer. L’onde sinusoïdale peut être déformée par des changements de fréquence ou d’amplitude. Au lieu d’avoir une série de vagues identiques, la forme de chaque vague change. Des fluctuations rapides de fréquence ou d’amplitude peuvent entraîner des pics et des creux brusques dans les vagues. Au lieu d’une courbe lisse, il y a des points pointus le long de la ligne de la vague. Il s’agit de la distorsion harmonique (HD).
VIDÉO Une vue en profondeur
La distorsion harmonique peut être décrite comme une perturbation de la fréquence et/ou de l’amplitude d’une onde sinusoïdale. La distorsion harmonique totale est le pourcentage d’une onde sinusoïdale qui est déformée.
Un THD inférieur est une onde sinusoïdale plus cohérente. Une chaîne stéréo avec un faible THD aura une meilleure qualité sonore. Une onde sinusoïdale électrique à faible THD signifie un courant plus stable.
THD, Électricité
Le THD est crucial lorsqu’il s’agit d’approvisionnement en électricité. Un filtre THD intégré vous permet de régler les ondes sonores, les signaux radio, ainsi que les signaux UHF et VHF qui sont envoyés à votre téléviseur. Il est difficile de contrôler le THD électrique. La charge d’électricité dans nos maisons change constamment. Les chauffe-eau, les climatiseurs et les réfrigérateurs fonctionnent tous sans cesse. Nous allumons et éteignons également constamment les appareils. L’alimentation doit s’adapter à cette demande changeante.
120V 60Hz est la tension et la fréquence standard de l’alimentation électrique aux États-Unis. Les fabricants d’équipements électriques autorisent des fluctuations de tension de l’ordre de 5 %. La plage de tension standard pour les équipements électriques aux États-Unis, au Canada et dans la plupart des régions d’Amérique du Sud est de 110 V à 127 V. L’alimentation standard dans les autres pays est de 220 V, 240 V et généralement 50 Hz.
Lorsqu’on fait référence à une source électrique, le terme « énergie propre » est souvent utilisé. La puissance propre est un faible THD de 5% ou moins. La situation idéale est que la fréquence et la tension restent constantes. Cependant, ce n’est pas possible. Même avec des systèmes électroniques sophistiqués de gestion de l’alimentation, même la puissance la plus pure n’atteindra pas des niveaux de THD inférieurs à 1 %.
Le THD n’affecte pas tous les équipements électriques de la même manière. Les effets sur les résistances chauffantes sont très limités. Le THD rendra les moteurs électriques moins efficaces et produira plus de chaleur, mais ils fonctionneront toujours normalement. Les équipements électroniques les plus sensibles sont les téléviseurs et les ordinateurs. Les composants électroniques peuvent être endommagés par des niveaux élevés de THD au fil du temps. Des niveaux de THD supérieurs à 5 % peuvent entraîner un dysfonctionnement de l’équipement électronique, voire un dysfonctionnement complet. Les lumières peuvent clignoter s’il y a trop de THD, en particulier les lumières LED.
Que fait le THD à l’électricité dans nos maisons ?
Notre électricité est fournie par un vaste réseau. Les États-Unis comptent environ 125 millions d’utilisateurs nationaux d’électricité. Un réseau électrique est un système qui distribue l’électricité aux maisons, aux usines, aux entreprises et à d’autres endroits. Il s’agit d’un réseau interconnecté de centrales électriques et de postes de transformation qui alimentent en électricité de vastes zones. Les États-Unis ont trois réseaux électriques. Le réseau oriental est le plus grand, suivi du réseau occidental. Le Texas Grid est le plus petit.
Le réseau électrique est relativement stable en raison de sa taille. Cependant, l’alimentation peut fluctuer en fonction de la demande d’électricité du jour. Même si l’alimentation électrique du réseau est généralement inférieure à 5 %, elle peut parfois la dépasser. Cela aura très probablement un effet minime ou nul sur l’équipement électronique. Les composants électroniques ne peuvent tomber en panne que s’ils sont exposés au THD pendant une longue période.
Parfois, des lignes peuvent apparaître sur votre écran d’ordinateur ou votre écran de télévision. THD est le plus susceptible d’être la cause. Ceci est probablement causé par le THD. Vous devriez envisager d’installer une alimentation sans coupure (UPS) pour les équipements électroniques sensibles si cela se produit fréquemment. Un onduleur est une bonne idée pour les ordinateurs et éventuellement la chaîne stéréo. Il est toujours plus sûr d’être en sécurité. Des surtensions inattendues et un THD élevé peuvent arriver même à l’alimentation la plus fiable. Vous pouvez également utiliser l’UPS pour continuer à fournir de l’électricité pendant une brève période après la coupure de l’alimentation principale. Cela vous donne la possibilité d’éteindre votre ordinateur en cas d’urgence.
Les impacts du THD sur les générateurs portables
La capacité d’un générateur portable est limitée. Le THD est possible lorsqu’un générateur dépasse sa puissance nominale maximale. Bien que cela puisse ne pas s’appliquer à tous les générateurs, cela affectera la plupart des générateurs portables. Un alternateur incapable de fournir un courant stable sous des charges élevées peut provoquer un THD du générateur portable. Cela pose également des problèmes pour maintenir le régime du moteur à mesure que la demande de puissance augmente. Des niveaux plus élevés de THD sont susceptibles d’être produits par des générateurs moins chers. Cela peut atteindre jusqu’à 25 % dans certains cas.
Les générateurs portables plus gros et plus chers peuvent produire moins de 5% de THD. Ces machines sont rares et ont une puissance de sortie élevée (souvent 10KW ou plus). Cependant, tous les générateurs à haute puissance n’ont pas de faibles niveaux de THD. Les niveaux de THD seront plus bas si la puissance est plus élevée. Parce qu’ils fonctionnent à une puissance maximale inférieure, ils sont moins susceptibles de fonctionner à leur plein potentiel.
Je n’ai parlé du THD que par rapport aux générateurs conventionnels qui utilisent un alternateur alimenté par un moteur diesel ou à gaz. Les générateurs à onduleur sont de plus en plus populaires ces dernières années. Ces petits générateurs sont portables et fournissent une puissance propre avec un faible THD. Les onduleurs produisent un courant très similaire à une onde sinusoïdale. Il est fabriqué à l’aide de transistors et de condensateurs. L’unité centrale de traitement (CPU) le gère.
Les générateurs à onduleur ont un moteur et un alternateur comme les autres générateurs. Un onduleur convertit la puissance en courant continu (DC) puis en courant alternatif (AC) à l’aide d’un onduleur. Cela permet au logiciel de gestion informatisé de surveiller en permanence la demande de sortie ainsi que le courant fourni.
L’onduleur corrige les distorsions dans les ondes sinusoïdales, ce qui réduira le THD. Le THD ne sera pas totalement éliminé par un onduleur, mais il le réduira à un niveau inférieur au seuil accepté de 5%. Les générateurs à onduleur ont généralement une cote inférieure à 3 % pour le THD. Certains peuvent même être inférieurs à 1%. Une onde sinusoïdale fournie par un onduleur est donc la source d’alimentation la plus efficace. Un générateur à onduleur présente de nombreux avantages. Il peut fonctionner à la charge maximale sans subir un THD excessif. Même les plus petits générateurs portables pourraient bénéficier de cette fonctionnalité.
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