Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Bonjour !
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Au programme aujourd’hui
Types de perturbations électromagnétiques
perturbations permanentes et intermittentes – définitions
Sources de perturbations
décharges électrostatiques
ouverture de circuits inductifs
influence des moteurs
influence des convertisseurs électroniques
harmoniques causées par les charges non linéaires
perturbations fournies par le réseau d’alimentation
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Types de perturbations
Plutôt que de classer les perturbations en fonction de leur origine, on préfère examiner leur comportement temporel et fréquentiel
c’est ce qui détermine leur influence
On distingue les perturbations permanentes et les perturbations intermittentes
une souce permanente émet des perturbations aussi longtemps que l’appareil contenant cette source est en fonction
exemples : émetteur radio/TV, horloge d’un système à microprocesseur, convertisseur de puissance à découpage
une source intermittente n’émet des perturbation que sporadiquement, de manière souvent imprévisible, à des intervalles pouvant varier de quelques secondes à
plusieurs jours
exemples d’impulsions uniques : foudre, décharge électrostatique
exemples d’impulsions en salves : rebonds des interrupteurs sur charge inductive
Dans tous les cas, c’est une analyse statistique qui permet de définir les
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Types de perturbations
Les perturbations permanentes sont des signaux périodiques
leur forme est généralement quelconque
on les décompose en une somme de signaux sinusoïdaux
dont la fréquence est un multiple entier du fondamental
l’outil mathématique utilisé est la décomposition en série de FOURIER
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
temps
temps U ou I
ou U I
Les perturbations intermittentes sont des signaux impulsionnels
impulsion unipolaire ou oscillation amortie
l’oscillation amortie est la réponse d’un système à une impulsion unipolaire
elles peuvent être uniques ou en salves
on définit :
temps de montée (10% à 90% de l’amplitude crête)
durée de l’impulsion unipolaire (à 50% de l’amplitude)
période de l’oscillation amortie et taux d’amortissement
Types de perturbations
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Les sources de perturbations
Perturbations
permanentes Perturbations intermittentes
Foudre x
Décharge électrostatique x
Ouverture de circuits inductifs x
Moteurs à collecteur x (x)1
Moteurs asynchrones à cage x
Convertisseurs et variateurs x (x)1
Charges non linéaires x
Perturbations du réseau x x
(x)1 : en fonction du cycle opérationnel du moteur
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Foudre
Caractéristiques
la foudre est un arc électrique entre deux nuages ou entre un nuage et le sol
l’arc s’établit lorsque le potentiel atteint 100 à 1’000 MV
les parties ayant été chargées électriquement, il y a éclatement de l'air (un isolant), ce qui produit un parcours ionisé entre les deux parties chargées
Ordres de grandeur
temps de montée de ~1 µ s
durée de ~50 µs
courant de crête 5 à 40 kA ( 200 kA)
Effets
destruction ou dysfonctionnement
des appareils connectés à des lignes aériennes
des appareils mis à masse, à cause de l’effet de pas
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Foudre
L’effet de pas Arcs internes
(source : www.ineris.fr)
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Décharges électrostatiques
Les charges électrostatiques non atmosphériques résultent de l’échange d’électrons par frottement
entre matériaux
entre le corps humain et son environnement
Ce phénomène est favorisé par
les matériaux synthétiques
une atmosphère sèche (local chauffé en hiver)
Une personne peut se charger
en marchant sur une moquette
par frottement des habits sur son siège
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Décharges électrostatiques
Ordres de grandeur
Cb = 50 à 250 pF
Rb = 0,5 à 10 kΩ
Vb = jusqu’à 20 kV
Î = jusqu’à 40 A
impulsion extrêmement rapide
Effets
dysfonctionnement d’une machine
destruction d’un composant
dans les ateliers d’assemblage électronique, les monteurs portent un bracelet de mise à masse
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Ouverture de circuits inductifs
Rappel théorique
en pratique, une bobine possède toujours
son inductance L
une résistance R
juste après la fermeture de l’interrupteur
l’inductance ne permet la circulation d’aucun courant
la chute de tension sur la résistance est donc nulle
toute la tension U est appliquée à l’inductance
le courant croît comme si l’inductance agissait seule
très longtemps après la fermeture de l’interrupteur
le courant se stabilise à I = U / R
la chute de tension sur l’inductance est donc nulle elle se comporte comme un court-circuit (uL = 0)
la bobine est en régime permanent
entre deux, le courant i(t) suit un tracé qui est
asymptotique à la droite lorsque t ≈ 0
asymptotique à la droite lorsque t ∞
la bobine est en régime transitoire
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Rappel théorique (suite)
lorsqu’on ouvre l’interrupteur
on a 2 exigences contradictoires
celle de l’expérimentateur qui veut faire passer le courant i(t) de U/R à 0
celle de l’inductance qui ne tolère aucune variation brutale du courant i(t) qui la traverse
pour éviter ce saut de courant
l’inductance induit une tension négative tellement élevée qu’elle réussit à créer un arc électrique à travers l’air séparant les contacts de l’interrupteur (loi de Lenz)
l’étincelle conductrice maintient brièvement le circuit fermé
c’est le principe de l’allumage des moteurs à explosion
Ouverture de circuits inductifs
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Ouverture de circuits inductifs
L’ouverture d’un relais commandant une électrovanne ou un moteur provoque
une surtension au borne du contact, entraînant une série de claquages (arcs)
une oscillation amortie de la tension à la fréquence propre du circuit
la charge inductive et les capacités parasites des câbles constituent un circuit résonnant
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Ouverture de circuits inductifs
Ordres de grandeur
l’énergie mise en jeu est souvent élevée - quelques dizaines de J (quelques cal)
les fréquences émises restent « faibles » - quelques kHz à quelques MHz
Effets
perturbation de circuits électroniques
amorçage intempestif de thyristors
commutation erronée d’une entrée d’automate
bruitage des télécommunications (radio-TV, circuits de mesure)
destruction d’entrées sensibles
Exemple
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Influence des moteurs
Perturbations produites par les moteurs électriques
moteurs à collecteur (moteur DC, moteur universel)
en fonctionnement normal, le collecteur « crache » : chaque passage d’une lame à la suivante provoque
une ouverture de circuit inductif
c’est une perturbation permanente
moteurs triphasés
(moteur asynchrone à cage d’écureuil – 80% des moteurs utilisés)
peu de perturbations en fonctionnement normal
au démarrage, fort appel de courant (6 à 10 x INom)
« creux » de tension sur le réseau d’alimentation
c’est une perturbation intermittente
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Perturbations produites par les alimentations, variateurs et servoamplificateurs
en fonctionnement normal, les fils du câble reliant le convertisseur à la charge
présentent des tensions « rectangulaires », produites par les transistors ou thyristors
la fréquence de découpage (1 à 50 kHz) génère des harmoniques basse fréquence
les flancs raides de tension (dv/dt) génèrent des transitoires HF (30 MHz …)
Influence des convertisseurs électroniques
Puissance Courants Fréquenc e Convertisseurs de
tension ... 100 kW … 150 A … 100 kHz Alimentation
moteurs pas-à- pas
… 200 W … 20 A … 100 kHz Servo
amplificateurs ... 50 kW … 150 A … 20 kHz
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Toutes les charges non linéaires génèrent des courants harmoniques
alimentées en tension sinusoïdale, leur courant consommé ne l’est pas
Les redresseurs
utilisation
appareils ménagers (TV, PC, etc.)
industrie (API, générateur de soudure, etc.)
mécanisme de perturbation
leurs condensateurs se chargent lors des pointes des sinusoïdes
entre les pointes, aucun courant n’est absorbé les condensateurs alimentent la charge
Les éclairages fluorescents
utilisation en forte croissance pour cause d’économie d’énergie
mécanisme de perturbation
Générateurs d’harmoniques
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Perturbations amenées par le réseau
Le réseau d’alimentation triphasé est loin d’être parfait
variations de tension
dans la tolérance officielle ±10%
hors tolérance
variations de fréquence
forme d’onde ≠ sinus
harmoniques
transitoires
déséquilibre des 3 phases
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Répartition spectrale des perturbations
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Exercices
Exercice 2.1
Une électrovanne est alimentée sous 24 VDC. Son inductance est de 20 mH et sa résistance interne vaut 5 Ω. Quelle énergie sera dissipée dans le circuit d’extinction lorsque l’interrupteur déclenche cette vanne ?
Exercice 2.2
Un moteur asynchrone alimenté en 400 VAC / 50 Hz triphasé a une puissance à l’arbre de 22 kW. Son rendement est de 91% et son facteur de forme cosϕ = 0,85. A
l’enclenchement, il absorbe 5 fois son courant nominal.
Considérant qu’il est alimenté par un câble de 35 mm2 de section et 50 m de longueur, quelle est la chute de tension qu’il provoque en marche normale et au démarrage ?
Exercice 2.3
Dans un convertisseur, le courant dans une barre en aluminium de 1 cm2 de section et
