La qualité de l’onde est évaluée et idéalement maintenue à plusieurs étapes : génération, transport, distribution et utilisation de l’énergie électrique. Comme la pollution de l’alimentation électrique est souvent causée par les utilisateurs, l’étude de ces problèmes doit se faire aux terminaux des utilisateurs finaux dans les réseaux de distribution.

Il existe plusieurs causes à la pollution de l’alimentation électrique d’un courant alternatif :

• Causes naturelles telles que les éclairs, les contournements, les défaillances machine et les défauts (environ 60 %);
• Causes non naturelles telles que les distorsions harmoniques et les encoches (environ 40 %).

Plusieurs appareils utilisés par les clients polluent aussi le réseau d’alimentation parce qu’ils tirent un courant non sinusoïdal et se comportent comme des charges non linéaires. La qualité de l’onde se quantifie par l’écart de : la tension, le courant et la fréquence du réseau d’alimentation; elle peut entraîner le défaut ou le mauvais fonctionnement d’un appareil appartenant à un client. On observe souvent des problèmes de qualité de l’onde liés à la tension au point de raccordement (PCC) (où plusieurs charges sont connectées) comme la présence d’harmoniques, de surtension, de variations. Ces problèmes sont causés par des perturbations dans le réseau ou par des charges non linéaires comme les fours à arc, les alimentations sans coupure (UPS) et les variateurs de vitesse (ASD). Aussi, certains problèmes de qualité de l’onde sont liés au courant alternatif provenant des lignes de distribution principales : facteur de puissance faible, charge électrique réactive, courants harmoniques, courants déséquilibrés, et courants de neutre excessifs dans les réseaux polyphasés.

Ces problèmes de qualité de l’onde sont la cause de défaillances de batteries de condensateur, d’augmentation des pertes dans les réseaux de distribution et dans les appareils électriques, de bruit, de vibrations, de surtensions et de courants excessifs de résonance, de courants de séquence inverse dans les alternateurs et les moteurs (spécialement la surchauffe de rotors), de déclassements de câble, de claquages diélectriques, d’interférences dans les systèmes de communication, d’interférences dans les signaux et les relais, de mauvais fonctionnements des disjoncteurs, de fausses mesures, d’interférences aux commandes motorisées et électroniques, etc.

Performance d’un APF à quatre fils pour éliminer les harmoniques d’une charge non linéaire (variation de la charge 1,15 – 1,25 s)

Les problèmes de qualités de l’onde se sont aggravés avec l’avènement des convertisseurs électroniques. Ces derniers sont indispensables en raison de leurs nombreux avantages : prix réduit, petite taille, économie d’énergie, commande facilitée, résistance à l’usure et entretien simplifié. Les charges électriques (industrielles et commerciales) commandées de façon électronique pour augmenter l’efficacité énergétique sont plus sensibles aux problèmes de qualité de l’onde et génèrent elles-mêmes des problèmes de qualité en raison des convertisseurs électroniques qu’elles contiennent.

Ces problèmes font que la qualité de l’onde est maintenant un domaine important de recherche en génie électrique, surtout pour les réseaux de distribution et les appareils électriques. En effet, les producteurs d’électricité doivent fournir à leurs clients une onde de bonne qualité afin que leurs appareils fonctionnent adéquatement; d’un autre côté, les manufacturiers doivent développer des appareils qui ne sont pas affectés par ces perturbations ou qui pourront les contrecarrer. De nouvelles technologies ont été créées pour atténuer les problèmes de l’équipement existant et de celui à venir dans un futur proche. Un nouvel axe de recherche et développement (R et D) est né pour les ingénieurs œuvrant dans les domaines de l’électronique et de l’électricité de puissance, des moteurs électriques, du traitement des signaux électroniques et des capteurs.

Les problèmes de qualité de l’onde ont changé la donne de l’électronique de puissance puisque la plupart des appareils comprenant des convertisseurs de puissance doivent être modifiés afin de respecter ces nouvelles exigences. De plus, certains des convertisseurs déjà développés deviennent obsolètes et doivent être remplacés par de meilleurs substituts, ce qui entraîne la nécessité de transformer un grand nombre de configurations de circuits dans les convertisseurs d’entrée pour certaines applications spécifiques. En plus de ces problèmes, des normes et des références ont été développées par divers organismes tels que l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) et l’IEC (International Electrotechnical Commission) et doivent être observées par les clients, les producteurs d’électricité et les manufacturiers pour minimiser ou même éliminer les problèmes de qualité de l’onde.