Modélisation CEM des électroniques de forte puissance.

Transcription

1 Journée e d éd étude 22 mars 2006 Modélisation CEM des électroniques de forte puissance. Ludovic Rucquoy Projet First HE:

2 Contexte générale. La CEM appliquée aux électroniques de forte puissance! Caractéristiques des produits visés. Topologie de type câblée. Liaison mécanique avec la structure. Caractéristiques CEM. Prépondérance du mode commun Niveau d émission conduite élevé.

3 Partenaires du projet Partenaire industriel ABB Jumet Activités: des condensateurs de puissance, des batteries automatiques de condensateurs, des régulateurs var-métriques, des compensateurs de puissance réactive ultra-rapides (Dynacomp), des filtres actifs pour la suppression des harmoniques (PQF), des compensateurs de «flicker» (PQC).

4 Partenaires du projet Partenaire scientifique ULg Service d électricité appliquée Laboratoire de Compatibilité Électromagnétique. Activités: Aide à la conception Aide dans le choix des normes Réalise des tests de précertification et de certification (directive 89/336/CEE et marquage CE)

5 Le filtre actif Schématique du filtre. P1 P2 P3 L3 l3 Cbus 3mF L2 l2 L1 l1 Cf Rf Filtre HF Réseau

6 Le filtre actif Principe de fonctionnement

7 CEM & Mode conduit Mesure du mode conduit Mode commun généré par un convertisseur Statique Mesure de l émission conduite par un réseau de stabilisation d impédance de ligne (LISN)

8 CEM & Mode conduit Spectre fréquentiel étudié.

9 CEM & Mode conduit Exemple d émission conduite. En55011,CISPR11. Exigences sur les émissions des équipements industriels, scientifiques et médicaux 150KHz -500 KHz. 79dBµV (Peak) & 66dBµV (Average) 500KHz -30 MHz. 73dBµV (Peak) & 60dBµV (Average)

10 Analyse CEM & Modélisations Objectifs de la modélisation. Prédire les émissions conduites générées par un filtre. Déterminer et ressentir l influence des différents composants et éléments parasites sur l évaluation des perturbations conduites. Améliorer les topologies des filtres en vue d améliorer les performances CEM.

11 Analyse CEM & Modélisations Identifications. Source Onduleur Chemin Composants du filtre Câblages Structure Victime LISN

12 Analyse CEM & Modélisations Source de perturbation. Objectifs. Représentation fréquentielle de la source de perturbation. Tenir compte des éléments parasites de l onduleur. Modèles possibles: Par une transformée de Laplace d un signal trapézoïdale. Par la transformée de Fourier d un signal trapézoïdale. Par une fonction de transfert.

13 Analyse CEM & Modélisations Transformée de Laplace d un signal trapèze à énergie finie log E( p i ) log 2 F 0 Ltrap p i 10 6 ( ) p i 2 π 1j Ltrap( p) := A tm p 2 A tm p 2 e tm p A td p 2 e tw+ tm 2 td 2 p + A td p 2 e tw+ tm 2 td + 2 p

14 Analyse CEM & Modélisation Transformée de Fourier d un signal trapèze log 20 log E( p i ) 10 6 Fs( n) p i, F 0 n 2 π j Fs( n) := A ( ( )) e 1j sinc tmπ n F 0 1jπ n π n F 0 tm ( ( )) e 1j sinc td π n F 0 π n F 0 ( 2tw+ tm) 1jπ n

15 Analyse CEM & Modélisations Enveloppe du signal trapèze. 250 F1 F log E( p i ) E( p) := 2 A tw F P1 P2 0 ( p + P1) ( p + P2) 100 Avec: P1=2/tw et P2=2/tm p i 2 π j

16 Analyse CEM & Modélisations Quels modèles choisir?

17 Analyse CEM & Modélisations Modélisation des composants du filtre. Objectifs: Représentation fréquentielle de l impédance des composants du filtre. Modèle tenant compte des éléments de structure. Modélisation de type circuit. Identification du modèle par mesure.

18 Analyse CEM & Modélisations Identification des modèle HF des éléments du filtre. Composant Mesures Identification Éléments identifiés: Capacité de structure de l onduleur; Selfs, condensateurs, filtre; Câbles.

19 Analyse CEM & Modélisations Schématique HF d une self monophasée IZ11 n G22( w n ) ohm L w n ohm Fr n

20 Analyse CEM & Modélisations Résistance 0.5Ω IZ11 n G11( w n ) ohm Fr n

21 Analyse CEM & Modélisations Autre exemple de self , , IZ11 n G11( w n ) ohm 100, 10, , 1, , , , , , Fr n

22 Simulation Microcap Simulateur Microcap. Simulateur de circuit utilisant le format Spice. Fonction d analyse fréquentielle. Définition simple des sources de perturbation. ( fonction Laplacienne) Utilisation de macro permettant une meilleure lisibilité du circuit. Interface facile et bien adaptée à la simulation fréquentielle

23 Simulation Microcap Macro Microcap

24 Simulation Microcap Source perturbatrice. Paramètres d entrée de la source: A : Amplitude du signal, td : flanc montant, tm : flanc descendant, fc : fréquence de commutation, DC : duty cycle, Delay1,2,3 : délai des différentes sorties SW : choix du type de source, Laplace ou enveloppe. Ltrap( p) A A e tm p tw tm td + p tw tm td + + p A 2 2 e A e 2 2 := + E p tm p 2 tm p 2 td p 2 td p 2 ( ):= 2 A tw F P1 P2 0 ( p + P1) ( p + P2)

25 Schématique du filtre simulé. Simulation Microcap

26 Filtre simulé. Simulation Microcap

27 Conclusions Il est possible, à partir d une représentation de type circuit, d identifier le comportement HF de composants de manière très précise. L analyse fréquentielle et en particulier l utilisation de l enveloppe fréquentielle permet une détermination rapide et efficace de l émission conduite. Ce type de modélisation reste cependant réservé à des systèmes câblés associés à des éléments discrets fixés sur la structure.