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Couplage inductif ? Solutions !

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Protection contre l'inductif : torsadage, ferrites

Les fils torsadés

Pour s'affranchir des champs magnétiques et parasites inductifs, on a recours à des câbles composés de fils torsadés par paires.

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Torsadé blindé 4 paires
Face aux perturbations parasitaires inductives, le torsadage est la solution de base. Elle est très utilisée notamment en téléphonie filaire, informatique industrielleNappe multibrins torsadée
Vue sur une nappe industrielle torsadée
... Ci dessus, un câble 4 paires (on utilise le mot paire pour les fils torsadés 2 par 2) téléphonique blindé (le blindage sera vu un peu plus loin !).
annulation des champs induits, fils torsadés
Le torsadage des fils offre un effet similaire au différentiel :
Principe différentiel : annule champs aller/retour
En effet, en torsadant des filsMéthode artisanale pour torsadé des fils (prévoir ≃ 40% de longueur en plus !)
Torsadage rapide de fils
Avec une simple perceuse électrique, vitesse lente, en maintenant le coté opposé et surtout en maintenant la paire crée tendue pendant toute l'opération !
, on crée des boucles en opposition dont les champs magnétiques induits s'annulent (tout en haut vert et violet).
Résistance bobinée classique inductive
Ci-dessus une résistance bobinée 10 Ω noire et en rose sa méthode de production, simplement enroulée...
(Points de raccordement en orange/vert)
Résistance bobinée non inductive
Ci-dessus, une résistance marron 13 Ω non inductive comme le révèleOn plie le fil résistif en 2 avant de l'enrouler, créant ainsi 2 demi-bobines opposées dont les champs magnétiques respectifs s'annuleront ! la tige rose en dessous.

Enfin, coté champs magnétiques :

Pour des puissances < à 1 kW, toujours privilégier des transformateurs toriquesTransfo torique vs classique CEM
Comme on le voit, le champ magnétique H est important à gauche, inexistant à droite sur le torique.
Attention si vous utilisez un boulon conducteur central pour le maintenir :
Ne reliez ses extrémités : cela fermerait 1 spire en la court-circuitant !
! Pour les liaisons unifilaires multiples : toujours croiser les phasesLiaisons unifilaires multiples : croiser, alterner les phases !
Ainsi, un mode différentiel existe (à droite) ce qui réduira les champs parasites et même les mouvements de fil, mouvements dus à l'addition de champs magnétiques circulant dans le même sens (à gauche) !
!




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Les ferrites, le bouclier absolu des '90'

Très (trop ? ) en vogue dans les années 1990, quand la CEM s'est vulgarisée, les ferrites se sont multipliées !
Ferrites d'écran informatique
Présentes sur les écrans informatiques, claviers et souris filaires, elles offrent une protection différentielleRappelez-vous : la perturbation qui circule en aller-retour dans les fils, le mode commun est celle qui utilise la masse pour le 'retour' et circule dans le même sens dans les brins actifs.. Comme pour un transformateur ou une simple spire, le fait d'ajouter ce noyau magnétique augmente l'induction et l'impédanceL'impédance d'un conducteur est, à haute fréquence, essentiellement due à son inductance. Avec la ferrite d'un µ (perméabilité magnétique) plus élevé, l'inductance et dont l'impédance augmente et donc l'effet atténuateur différentiel.
Elles ont d'ailleurs l’inconvénient de leur avantage, si vous en installez trop : vous allez atténuer le signal utile. L'information, surtout pour les signaux numériques, ne transitera plus avec un niveau suffisant !
Utilisation sur circuit impriméFerrite pour circuit imprimé
Souvent utilisé pour l'arrivée d'alimentation, simplement 2 ou 3 spires dans un noyau ferrite pour une inductance : 'self de choc'
et composantsIci un filtre LC, la simple longueur des pattes grâce aux petits anneaux ferrites suffit à obtenir une valeur d'inductance non négligeable !
Anneaux ferrites sur capa, filtre LC
et en essaisFerrite clipsable
Ferrites clipsables pour faire des essais
.




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Self de choc !

Self de choc : inductances
En plus français : bobine d'arrêt !
A gauche, une self de choc double pour le (mode différentiel), à droite une simple à insérer en série.



Ci dessous, une version miniature, pour circuit imprimé :
Self de choc miniature
Self, inductance, tracée sur circuit imprimé
Self tracée directement sur circuit imprimé ; pour la HF ! Les clipsablesFerrite clipsable pour essais.




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Pourquoi l'inductance est si importante ?

Exemple avec un fil de liaison paratonnerre et sol de 10 mètres :
  1. Une cablette cuivre de 50 mm², R ≃ 3.4 mΩR = ρ × lg / section ≃ 0.017 (cuivre par m/mm²) × 10 / 50 ≃ 0.0034 Ω et L ≃ 10 µHEnviron 1 µH par mètre pour un conducteur circulaire rond, indépendant de la section (rappel en Conseil+ en fin du cours)
  2. Une tresse cuivre de 50 mm², R ≃ 3.4 mΩ et L ≃ 1 µHUn plat (j'utilise quelquefois des profilés plats aluminium faciles à façonner),
    Un feuillard ou une tresse (ratio longueur / largeur ≥ 5) ne présente que 0.05 à 0.1 µH par mètre soit 10 à 20 fois moins d'inductance propre !
Une impulsion électrique de 10 kA, avec un temps de montée moyen de 2 µs.
  • En continu, U = R × I, les 2 conducteurs ont une résistance identique : U = 0.0034 × 10 000 = 34 Volts, soit 3.4 Volts par mètre pour chaque conducteur, PJPertes Joule, la valeur est élevée mais dure peu : don peu d'énergie... = 34 V × 10 kA = 340 kW.
  • En impulsionnel, le régime n'est pas linéaire et la loi E = -L × (ΔI/Δt) n'est pas 100% exacte.
    Nous l'utiliserons malgré tout pour notre approximation, l'important ici étant l'ordre de grandeur :

    1. 10 µH × (10 kA/2 µs) = 50 kV, soit 5 kV par mètre ! PJIci largement assez pour exploser les fers à bétons à proximité par rayonnement et détruire les appareils électroniques !
      Voir en Conseil+ : Foudre, dégâts
      = 50 kV × 10 kA = 500 MW
      !
    2. 1 µH × (10 kA/2 µs) = 5 kV, soit 500 V par mètre, encore beaucoup mais plus raisonnable !
Immeuble bien protégé contre la foudre

L'idéal pour encore baisser la tension induite en haute fréquence est une protection treillis telle que ci-contre.

La multiplication des tresses ou plats diminue l'inductance résultante par leur nombre en // (à longueur équivalente), dans cet exemple on peut espérer descendre à moins de 0.02 µH :

0.02 µH × (10 kA/2 µs) = 100 V, soit 10 V par mètreValeur certainement non dangereuse pour nous et normalement sans incidence pour tout ce qui est à l'intérieur du bâtiment !. PJ = 100 V × 10 kA = 1 MW.

Notez aussi les mises à la terreLa foudre est le seul cas où le sol est une des bornes du 'générateur' ! par pattes d'oie !
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Cours extrait du stage : CEMINIT
Stage : CEMINIT

Crée le 26 / 06 / 2017, der. màj le 27 / 02 / 2020 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 79625 fois
Difficulté : ★★★★★
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