Compatibilité Électromagnétique notions générales et applications à l électronique de puissance Ir. Stéphane COETS 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 1
Plan de l exposé La Compatibilité ElectroMagnétique: généralités Cadre de la recherche et intérêt de la CEM en électronique de puissance Résultats obtenus Résumé et conclusions 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 2
Interférences électromagnétiques «God made noise» «Man made noise» intentionnelles ou non 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 3
«Fossé» de compatibilité tubes immunité décroissante transistors C.I. émission croissante commutateurs radar GSM 1940 2002 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 4
La CEM: notions générales Menaces écartées par l adoption des pratiques de CEM La CEM: aptitude d un système à fonctionner de façon satisfaisante dans son environnement sans y introduire de perturbation électromagnétique pour quiconque. ne concerne pas uniquement les phénomènes HF MAIS toutes les fréquences (dc micro-ondes) ET tous les modes de transmission: commun vs. différentiel, conduit (BF) vs. Rayonné (HF) 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 5
La CEM: deux aspects Emission Immunité dispositif dispositif environnement environnement 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 6
Emission (intra/inter-système) 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 7
Immunité 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 8
Cadre de la recherche recherche en Compatibilité Électromagnétique appliquée aux grands systèmes électriques où l électronique de puissance est très présente: contrôleurs vectoriels, compresseurs élaboration de méthodes de mesures alternatives en émission conduite intérêt industriel: possibilité de mesures de pré-conformité in situ gain de temps et d argent 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 9
Emissions conduites Les perturbations induites sur le réseau par un appareil ne peuvent pas nuire au bon fonctionnement des autres appareils connectés au même réseau d alimentation Les normes définissent le niveau maximal d émission permis 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 10
Emissions conduites (2) Que mesure-t-on? La tension entre les lignes d alimentation et la terre et ce, pour TOUS les appareils (norme CISPR 11) La tension entre les lignes de données et la terre (cas des appareils «IT s», norme CISPR 22) 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 11
Emissions conduites (3) Avec quel appareil? d après les normes en vigueur: Soit à l aide d un circuit particulier: le RSIL (Réseau Stabilisé d Impédance de Lignes) Soit avec une sonde de tension passive 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 12
Le RSIL Cet appareil sera utilisé préférentiellement à la sonde de tension. Il présente deux avantages: Il agit comme un filtre par rapport aux interférences provenant du réseau Seules les interférences de l Equipement Sous Test (EST) sont mesurées Par sa présence, l impédance «vue de l EST» est normalisée à 50 Ω (dans la bande utile). 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 13
Configuration de mesure 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 14
La sonde de tension schéma: Utilisée quand le RSIL ne peut pas l être Quand ne peut-il être utilisé? principalement lorsque les courants sont trop importants: typiquement 100 ampères 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 15
Configuration de mesure 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 16
Mesures avec sonde de tension difficultés rencontrées: pas de recommandation quant à la position de la sonde de tension entre l équipement et le réseau MAIS impédance de ligne pas nécessairement négligeable! à l inverse du RSIL, dans le cas présent le réseau n est PAS filtré l impédance vue par l EST n est pas fixée et dépend du réseau 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 17
Mesures avec sonde de tension la dynamique de mesure est faible (facteur d atténuation de la sonde = 30 db) difficulté de mesurer correctement de faibles signaux l impédance d entrée de la sonde n est pas grande (1500 Ω) et perturbera le circuit si l impédance de ce dernier est élevée Que mesure-t-on exactement? 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 18
Solutions apportées création d une nouvelle sonde non normalisée mais ayant: un faible facteur d atténuation dans la bande utile (6dB) amélioration de la dynamique de mesure une plus grande impédance d entrée circuit mesuré moins perturbé par l appareil de mesure 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 19
But poursuivi: Solutions apportées (2) déterminer le signal d émission conduite provenant d un EST dans un environnement normalisé (type RSIL) à partir de résultats bruts obtenus dans une configuration quelconque Moyen: Calcul du modèle de Thévenin de l EST (obtenu dans un environnement «quelconque») Insertion de ce modèle dans une configuration standardisée (concept de «RSIL virtuel») 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 20
Difficulté majeure nécessité d effectuer des manipulations mathématiques sur les signaux mesurés obligation de connaître la phase des signaux IMPOSSIBLE avec un récepteur de mesure ou spectrum nécessité de calculer la phase d une autre manière 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 21
Calcul de la phase Trois solutions envisagées: par signal temporel (oscillo) et FFT inconvénient: sensibilité de l oscillo par transformée de HILBERT inconvénient: erreurs de troncature en HF et valable uniquement pour système à minimum de phase par la méthode «des deux sondes» 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 22
Méthode des deux sondes Intérêt: permet de connaître la différence de phase entre deux signaux à partir de leur amplitude UNIQUEMENT Signaux mesurés: l amplitude du signal «inconnu» l amplitude du signal de référence l amplitude de leur somme l amplitude de leur différence 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 23
Méthode des deux sondes (2) mathématiquement: si et alors 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 24
Intérêt de la recherche méthode de la sonde moins onéreuse que celle avec RSIL mesures peuvent être réalisées in situ entreprises peuvent effectuer elles-mêmes les tests de pré-conformité (pas besoin pour cela de recourir à des labos spécialisés, même si obligatoire pour tests de conformité) gain de temps et d argent considérable! 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 25
Résumé et conclusions recherche de méthodes de mesures alternatives en émission conduite dans le cas des GRANDS systèmes (abondance de composants d électronique de puissance) réalisation: création d une méthode de mesure significative avec sonde de tension active possibilité pour industries de tests de pré-conformité en interne gain de temps et d argent pour les entreprises 18 mai 2005 Journée d étude en Électronique de Puissance 26