Facteur K vs facteur H dans les applications d'entraînement

Le facteur H est défini dans la norme ANSI/IEEE C57.18.10 et également référencé dans la norme C57.110. Le facteur K est une classification UL qui n'est ni appropriée ni couverte par les normes ANSI ou IEEE pour la construction de transformateurs destinés à des applications d'isolation d'entraînement. Pour être en totale conformité avec les normes ANSI et IEEE, un fabricant doit être en mesure de fournir une classification du facteur H pour le transformateur.

Le facteur K est calculé sur la base des conditions harmoniques causées par un mélange de charges non linéaires monophasées et triphasées. Les charges non linéaires sont souvent associées aux alimentations en courant continu et peuvent inclure : les variateurs de fréquence, les chargeurs CC, les systèmes UPS, les ordinateurs, les ballasts électroniques et autres appareils qui utilisent des alimentations électriques. Le contenu harmonique de ces circuits de distribution « typiques » est important. Cette charge harmonique réduit le rendement et augmente les températures de fonctionnement des transformateurs, ce qui diminue leur durée de vie et leur capacité de charge.

Il convient de noter que la majorité des charges harmoniques dans de nombreux systèmes électriques peuvent être des charges monophasées, et non triphasées, ce qui signifie que l'harmonique primaire est la 3^e harmonique. Une forte teneur en 3^e harmonique présente la difficulté supplémentaire de voir ces courants harmoniques se connecter à la terre, ce qui entraîne un courant neutre maximal théorique de 1,73 fois la fondamentale. Un autre facteur important est que la distorsion de tension côté ligne n'a jamais été prévue dans un circuit à facteur K. Le principe du facteur K repose entièrement sur les harmoniques du courant de charge, sans tenir compte de la distorsion de tension de ligne.

Dans le cas des charges industrielles, les charges sur ces transformateurs sont conçues de manière fonctionnelle comme des circuits en triangle sans charge directe sur les neutres. Les charges triphasées non linéaires telles que les VFD produisent leur harmonique principale à la 5^e, il n'y a pas de composante harmonique de 3^e. Avec peu ou pas d'harmoniques de 3^e et des charges équilibrées, il y a peu de courant sur le neutre. Cela déplace alors la contribution thermique harmonique directement vers le noyau et les enroulements du transformateur. Tout courant neutre qui pourrait se développer sera induit plutôt que directement injecté. De plus, dans les charges industrielles, le spectre harmonique ne sera pas le même que dans les charges commerciales monophasées traditionnelles à facteur K. C'est la raison pour laquelle le facteur K ne doit pas être utilisé pour évaluer les charges VFD industrielles triphasées non linéaires à kVA élevé. Le facteur H tient compte de ces différences importantes lors de l'évaluation de la conception du transformateur par rapport à son harmonique potentielle.

Les transformateurs conçus avec un facteur K doivent être :

U.L. n'autorise que les indices K = 4, 9, 13 et 20.
K = 1 correspond à une charge parfaitement sinusoïdale sans harmoniques.
200 % de la valeur nominale neutre
Blindage électrostatique requis
Conçu pour résister à un échauffement supplémentaire dû aux harmoniques pour un facteur K équivalent.

Les transformateurs conçus avec un facteur H doivent être :

125 % neutre (charges équilibrées et aucune 3^ème harmonique ajoutée aux courants neutres)
Blindage électrostatique en option.
Conçu pour résister à un échauffement supplémentaire dû aux harmoniques pour un facteur K équivalent.

Comme mentionné précédemment, les connexions du circuit relatives à une charge VFD sont très différentes de celles d'une charge commerciale standard. Nous avons prévu que le neutre flottera ou sera sorti pour une référence de tension nulle à la terre et ne sera pas directement connecté à la charge. Tout courant harmonique présent sur le neutre serait alors induit et non injecté directement. Le fabricant du transformateur doit concentrer ses efforts sur la conception des enroulements et du noyau afin qu'ils résistent à l'effet direct des courants harmoniques, et axer notre conception du neutre sur les courants induits. Les courants induits seront moins importants en raison de l'impédance des enroulements. Les conceptions à facteur H se concentrent sur les enroulements et le noyau, car c'est là que se posent les véritables problèmes de conception harmonique. Le neutre sera renforcé, mais il ne sera pas au centre d'un problème de courant harmonique lié au facteur H.