Cours de CEM – Formation FEE 2008-2009
Bonjour !
Cours de CEM – Formation FEE 2008-2009
Au programme aujourd’hui
Fin de l’introduction
Les perturbations
définitions
origines
Les effets des hautes fréquences
rappels théoriques
le fil électrique : un conducteur ou une inductance ?
La mesure des perturbations
développement en série de Fourier
le décibel - définition
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Introduction
La CEM … une affaire de finances ! ! !
Où et quand faut-il intervenir en matière de CEM ?
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Introduction
Où agir pour améliorer la compatibilité ?
réduction des émissions à la source
augmentation de la susceptibilité de l’équipement sensible
réduction des couplages
dépend des fournisseurs
dépend de vous ! leur choix est
le vôtre !
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Les couplages
Les couplages sont les modes d’action des perturbations «CEM» sur les victimes
3 moyens d’action
diminuer les émissions à la source
augmenter le niveau de susceptibilité du récepteur
réduire l’efficacité du couplage
Introduction
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Introduction
La CEM … une exigence légale ! ! !
Dans toute l’Europe, Suisse comprise, une machine ou une installation ne peut être commercialisée que si elle satisfait aux directives suivantes :
Directive « Machines » sécurité des personnes
Directive « Matériel à basse tension » sécurité électrique
Directive « Compatibilité électromagnétique »
Le constructeur est autorisé à tester et homologuer sa machine lui-même
… mais il a intérêt à ne pas être pris en défaut !
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Une perturbation électromagnétique peut devenir nuisible
elle agit en se superposant aux signaux utiles
si la perturbation est trop importante, l’interprétation du signal est faussée
dans les cas extrêmes, la perturbation peut être destructrice
Perturbations
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Perturbations
Origine des émissions électromagnétiques
perturbations intentionnelles, d’origine industrielle
émetteur radio et TV, talkie walkie, citizen band, téléphone portable, radar
fusion, soudure, brasage, four à induction
perturbations non intentionnelles, d’origine naturelle et industrielle accidentelles :
foudre
court circuit, mise à terre soudaine
permanentes (fonctionnement normal d’appareils) :
usine électrique, ligne et installation de distribution (50/60 Hz)
contact, relais, électrovanne, collecteur de moteur
convertisseur de puissance à découpage (alimentation, variateur, servoamplificateur)
lampe à décharge, lampe fluorescente
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Perturbations
Perturbations à basse fréquence
Plage de fréquence : DC … ~5 MHz
Couplage : principalement sous forme conduite (câbles, …)
Durée : souvent longue (~10 ms à permanente)
Energie : l’énergie conduite peut être importante
dysfonctionnement ou destruction des appareils « victimes »
Perturbations à haute fréquence
Plage de fréquence : ≥ ~30 MHz
Couplage : principalement sous forme rayonnée (air, …)
Durée : impulsions brèves, temps de montée < 10 ns parfois répétitives (redresseurs, horloges)
Energie : l’énergie conduite est généralement faible
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Perturbations
Types de perturbations
émissions
1 perturbations harmoniques 2 perturbations HF conduites 3 perturbations HF rayonnées
immunité
4 décharges électrostatiques 5 perturbations HF rayonnées 6 pics de tension rapides en salves 7 ondes de choc (foudre, surtension) 8 perturbations HF conduites
9 perturbations harmoniques
10 champs magnétique de puissance à 50/60 Hz 11 perturbations de l’alimentation électrique
(microcoupure, déséquilibre de phases, etc.)
Il peut aussi se produire de l’auto perturbation
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La fréquence est plus élevée que l’on pense
Fréquence à prendre en compte
sur le plan de la CEM, la fréquence à prendre en considération n’est pas celle du réseau ou les quelques kHz d’un variateur de fréquence
il faut considérer le temps de commutation le plus rapide
la fréquence équivalente d’un flanc de montée correspond à une période égale à ~3 fois le temps de montée
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Rappels théoriques
la longueur d’onde d’un signal sinusoïdal dépend de sa fréquence :
où v est la vitesse de propagation [m/s] (300’000’000 m/s dans le vide), f est la fréquence du signal [Hz]
un signal à 300 MHz a une longueur d’onde de 1 m un signal à 30 GHz a une longueur d’onde de 1 cm
impédance d’une bobine : où
une inductance s’oppose aux variations soudaines de courant
impédance d’un condensateur :
Les effets de la haute fréquence
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Un fil électrique en haute fréquence
Quelle est l’impédance d’un fil de cuivre
de 1 m de longueur
et 35 mm2 de section ?
sa résistance vaut :
mais il a aussi une inductance de ~1 µH/m
son impédance complexe vaut :
son impédance réelle vaut :
en HF, l’inductance est prépondérante
combien ?
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La mesure des perturbations
Décomposition en série de Fourier
un signal périodique de forme quelconque peut être décomposé mathématiquement en une somme de signaux sinusoïdaux
ayant différentes amplitudes et phases,
dont la fréquence est un multiple entier de la fréquence fondamentale
principe de superposition (pour un système linéaire) :
l’effet d’un signal périodique de forme quelconque est identique à la somme des effets des signaux sinusoïdaux de sa décomposition en série de Fourier
lien
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La mesure des perturbations
Définition du décibel
le décibel est une quantité logarithmique utilisée en ingénierie du son et de la radio
son abréviation est « dB »
le décibel étant un rapport, il est sans dimension physique
par définition, le décibel est le rapport de deux puissances, exprimé par
par extension, le décibel exprime le rapport d’autres quantités électriques et magnétiques pour un rapport de tensions
rapport dB
(puissance)
dB (U, I, E, H)
0,01 = 10-2 -20 -40
0,1 = 10-1 -10 -20
1 = 100 0 0
2 3,01 6,02
10 = 10+1 10 20
100 = 10+2 20 40
1000 = 10+3 30 60
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Le décibel peut être référencé à une grandeur mesurée
le dBV exprime une tension par son rapport avec 1 [V]
par exemple, pour une tension de 10 [V] :
on utilise également d’autres décibels référencés
tensions : dBV, dBmV, dBµV
courants : dBA, dBmA, dBµA
champs électrique (E) : dBµV/m
champs magnétique (H) : dBµA/m
La mesure des perturbations
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Exercices
Exercice no 1.1
Etablir une liste d’appareils et d’équipements qui, à votre avis, émettent des perturbations électromagnétiques
Etablir une liste d’appareils et d’équipements dont, à votre avis, le fonctionnement peut être perturbé par des émissions électromagnétiques
Exercice no 1.2
Quels moyens connaissez-vous qui permettent d’améliorer le fonctionnement d’appareils sensibles en présence d’autres appareils perturbateurs
Essayez de justifier vos affirmations
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Exercices
Exercice no 1.3
La tension fournie par un variateur à un moteur est rectangulaire à 16 kHz. Lors de la commutation, la tension passe de 0 à 560 V en 70 ns.
Quelle est la fréquence équivalente à ces sauts de tension ?
Exercice no 1.4
Quelle est l’impédance d’un conducteur de 2,5 mm2 de section et 20 cm de long, pour la fréquence calculée à l’exercice précédent ?
Exercice no 1.6
Exprimer en dB le rapport entre les tensions U1 = 15 V et U2 = 30 mV.
Exprimer en dB le rapport inverse entre ces tensions.
