Comment maîtriser la distorsion harmonique dans les grandes installations d’extrusion des matières plastiques ?
Les limites des solutions passives traditionnelles
Dans le secteur de la transformation des matières plastiques, la continuité des procédés d’extrusion dépend fortement de la qualité de l’alimentation électrique.
Les variateurs AC de forte puissance, alimentés à 690 V et délivrant 1300 A, utilisent fréquemment des redresseurs à 6 impulsions. Afin de limiter la distorsion harmonique générée par cette configuration, des inductances de ligne triphasées sont généralement installées en série avec les modules redresseurs.
Cette solution constitue un premier niveau d’atténuation des harmoniques, mais son efficacité reste étroitement liée aux conditions de fonctionnement de l’installation.
Lorsque l’extrudeuse fonctionne à pleine charge, le taux de distorsion harmonique résiduelle peut atteindre des valeurs de THDi comprises entre 30 % et 35 %. Durant les phases de charge partielle, telles que le maintien en température des têtes d’extrusion ou les changements de moules, le courant fondamental diminue et l’atténuation relative fournie par l’inductance devient moins efficace.
Dans ces conditions, des augmentations de la distorsion harmonique, des échauffements des lignes à 690 V ainsi que des chutes de tension au niveau du poste de transformation MT/BT peuvent apparaître.
Pourquoi les harmoniques variables représentent-elles une problématique critique pour l’installation ?
Avec un courant nominal de 1300 A, une distorsion harmonique de 30 à 35 % signifie que plus de 400 A de courants harmoniques sont injectés dans le réseau électrique interne de l’usine.
Bien que les fréquences harmoniques générées restent globalement constantes, leur amplitude varie continuellement en fonction des conditions de fonctionnement de l’extrudeuse.
Cette variabilité réduit considérablement l’efficacité des systèmes de compensation passifs traditionnels, conçus pour des conditions de fonctionnement relativement stables.
Comment fonctionne l’architecture modulaire AHF développée par IREM ?
Pour gérer efficacement la distorsion harmonique variable, IREM a développé une solution modulaire AHF (Active Harmonic Filter) en parallèle, conçue pour les applications industrielles à 690 V.
Le système fonctionne comme une source de courant contrôlée : grâce à des algorithmes d’analyse harmonique en temps réel basés sur la transformée rapide de Fourier (FFT), l’électronique de contrôle identifie le contenu harmonique présent sur le réseau et commande aux onduleurs la génération de courants de compensation de même amplitude et de phase opposée aux composantes indésirables.
Les harmoniques sont ainsi neutralisées directement au point de raccordement, permettant de maintenir le THDi dans les limites requises par l’application.
Quels avantages offre l’architecture modulaire en parallèle ?
Les modules AHF fonctionnent sur un système de jeux de barres commun, répartissant uniformément la contribution de compensation. Dans une configuration composée de quatre modules de 100 A, plus de 400 A de courants harmoniques peuvent être neutralisés sans concentrer les contraintes thermiques sur un seul équipement.
Injection centralisée sur le système de jeux de barres
Les modules AHF fonctionnent sur un système de jeux de barres commun, assurant une répartition homogène de la charge de compensation.
Dans une configuration typique, plus de 400 A de courants harmoniques sont compensés par quatre modules de 100 A, garantissant une répartition équilibrée des contraintes thermiques sur les dispositifs de puissance.
Sectionnement sélectif des modules
Chaque module est raccordé au système principal par son propre interrupteur-sectionneur équipé de fusibles à haut pouvoir de coupure.
En cas d’anomalie, le module concerné est isolé de manière sélective sans perturber le fonctionnement de la ligne à 690 V.
Continuité de service et maintenance sans arrêt de production
La structure modulaire permet d’isoler et de remplacer un module individuel tout en maintenant le système de filtrage en fonctionnement avec une capacité réduite.
Cette caractéristique permet de réaliser des opérations de maintenance ou de réparation sans arrêter l’extrudeuse et sans interrompre le cycle de production.
Quels bénéfices en termes réglementaires et énergétiques ?
L’intégration des filtres actifs AHF IREM avec les inductances déjà installées en amont du redresseur permet de tirer parti des avantages des équipements d’origine et de réduire le THDi à des valeurs inférieures à 8 %, tout en garantissant la conformité aux exigences des normes internationales les plus strictes, notamment l’IEEE 519.
D’un point de vue énergétique, la réduction des courants harmoniques permet :
- de diminuer les pertes par effet Joule dans les conducteurs ;
- de réduire les pertes supplémentaires dans le transformateur MT/BT ;
- de limiter les sollicitations thermiques des câbles à 690 V ;
- de réduire le risque de déclenchements intempestifs des dispositifs de protection ;
- d’améliorer la fiabilité de l’ensemble du système d’alimentation électrique.
L’adoption d’une solution modulaire AHF permet ainsi d’améliorer la Power Quality de l’installation, d’augmenter l’efficacité globale du procédé d’extrusion et de garantir une meilleure continuité de fonctionnement.
