Que sont les harmoniques ?

Dans un système électrique, les harmoniques désignent des distorsions indésirables du signal de puissance qui perturbent la forme d'onde normalement régulière du courant. Elles sont causées par des charges non linéaires, c'est-à-dire des charges qui consomment un courant non sinusoïdal pur et qui comprennent à la fois la composante fondamentale et les composantes non fondamentales. Le type le plus courant est un redresseur triphasé utilisé dans les variateurs de fréquence. La teneur en harmoniques est souvent résumée par un seul nombre appelé taux de distorsion harmonique (THD).

Sources d'harmoniques dans les centres de données

L'utilisation de charges non linéaires est généralement motivée par le gain d'efficacité qu'elles permettent. Différentes charges harmoniques présentent des signatures harmoniques uniques. Dans les centres de données, les charges harmoniques typiques sont générées par les refroidisseurs, les pompes, les ventilateurs et les unités de distribution de liquide de refroidissement (UDL).

Impacts des harmoniques

Les courants harmoniques circulent dans toutes les infrastructures et peuvent provoquer un échauffement supplémentaire des composants en amont, notamment des transformateurs et même du câblage.

La distorsion harmonique du courant (THID) engendre une distorsion harmonique de la tension qui affecte tous les éléments connectés au système. Cette distorsion de tension peut provoquer des pannes et des performances irrégulières des équipements, voire une défaillance complète. Globalement, les harmoniques peuvent avoir un impact significatif sur la fiabilité des centres de données.

Solution : SyntriX AHF™

Les filtres harmoniques actifs mesurent les harmoniques du système et produisent des antiharmoniques pour les annuler. Les filtres actifs traditionnels utilisent la technologie des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT). Le filtre SyntriX AHF™ de MTE exploite la technologie du carbure de silicium (SiC), ce qui peut se traduire par un gain d'efficacité du système allant jusqu'à 1 % par rapport à un filtre IGBT. Pour les centres de données où la consommation d'énergie est importante, cette différence de 1 % est considérable.

Outre une efficacité améliorée, la technologie SiC du SyntriX AHF™ permet également de réduire l'encombrement jusqu'à 30 % par rapport aux unités de taille similaire basées sur l'IGBT.

Comment spécifier

Les filtres harmoniques actifs sont spécifiés en fonction du courant de correction requis. Ce courant peut être estimé à partir de deux valeurs seulement : le courant de charge (I)._L) multiplié par le taux de distorsion harmonique du courant (THID). Ce calcul est effectué pour chaque charge non linéaire et les résultats sont additionnés pour déterminer le courant de correction total.

Les charges non linéaires typiques présentent un THID d'environ 30 à 40 %. Cette plage de valeurs peut être utilisée pour estimer les besoins en filtres harmoniques.

Là où les filtres sont implémentés

Les filtres harmoniques actifs sont mis en œuvre en les connectant à la même source de tension que les charges non linéaires. Des transformateurs de courant (TC) sont ensuite connectés en amont pour mesurer le courant à corriger. L'un des emplacements possibles pour l'installation de filtres actifs est l'appareillage de commutation (voir figure 1).

Figure 2 : Implémentation du filtre actif UPS

L'une des principales sources d'harmoniques dans les centres de données est constituée par les refroidisseurs. Compte tenu du grand nombre d'harmoniques produites par chaque refroidisseur, la réduction de ces harmoniques est souvent mise en œuvre au niveau de chaque équipement. Cette réduction peut être obtenue grâce à des filtres passifs (figure 3) ou actifs (figure 4).

Figure 4 : Implémentation d'un refroidisseur à filtre actif