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.1
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Face aux perturbations parasitaires inductives, le torsadage est la solution de base. Elle est très utilisée notamment en téléphonie filaire, informatique industrielle
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 !).
Le torsadage des fils offre un effet similaire au différentiel :
En effet, en torsadant des filsMéthode artisanale pour torsader des fils (prévoir ≃ 40% de longueur en plus !)
Avec une simple perceuse électrique, vitesse lente, en maintenant le côté opposé et surtout en maintenant la paire créée tendue pendant toute l'opération !, on crée des boucles en opposition dont les champs magnétiques induits s'annulent (tout en haut vert et violet).
Ci-dessus une résistance bobinée 10 Ω noire et en rose sa méthode de production, simplement enroulée...
(Points de raccordement en orange/vert)
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, côté champs magnétiques :
Pour des puissances inférieures à 1 kW, toujours privilégier des transformateurs toriques
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 pas ses extrémités : cela fermerait 1 spire en la court-circuitant ! ! Pour les liaisons unifilaires multiples : toujours croiser 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) ! !
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 !
Présentes sur les écrans informatiques, claviers et souris filaires, elles offrent une protection de mode communRappelez-vous : la perturbation qui circule en aller-retour dans les fils est le mode différentiel ; le mode commun est celle qui utilise la masse pour le 'retour' et circule dans le même sens dans les brins actifs.
Comme dans le tore d'un différentiel (DDR), l'aller et le retour s'annulent dans la ferrite : seul le mode commun est freiné !. 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 donc l'impédance augmentent et donc l'effet atténuateur de mode commun.
Elles ont d'ailleurs l’inconvénient de leur avantage : si le retour du signal utile ne passe pas lui aussi dans la ferrite (retour par la masse, le châssis...), et plus encore 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 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 !
et en essais
Ferrites clipsables pour faire des essais.
Utilisation sur 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 !
et en essaisFerrites clipsables pour faire des essais.
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Self de choc !
En plus français : bobine d'arrêt !
À gauche, une self de choc double pour le mode commun, à droite une simple à insérer en série (mode différentiel).
Ci-dessous, une version miniature, pour circuit imprimé :
Self tracée directement sur circuit imprimé ; pour la HF ! Les clipsables
pour essais.Pourquoi l'inductance est si importante ?
Exemple avec un fil de liaison paratonnerre et sol de 10 mètres :- 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, quasiment indépendant de la section (rappel en Conseil+ en fin du cours)
- Une tresse cuivre de 50 mm², R ≃ 3.4 mΩ et L ≃ 8 µHUn plat (j'utilise quelquefois des profilés plats aluminium faciles à façonner), un feuillard ou une tresse ne sont vraiment efficaces que courts et larges (ratio longueur / largeur ≤ 5).
Sur 10 m, le gain n'est que de l'ordre de 20 % : pour vraiment baisser l'inductance, il faut multiplier les liaisons en parallèle, bien espacées !
- 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 : donc 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 :- 10 µH × (10 kA/2 µs) = 50 kV, soit 5 kV par mètre ! PPuissance instantanée et non pertes Joule : cette énergie est stockée dans le champ magnétique puis restituée aux conducteurs voisins par induction et rayonnement.
Ici largement assez pour exploser les fers à béton à proximité par rayonnement et détruire les appareils électroniques !
Voir en Conseil+ : Foudre, dégâts = 50 kV × 10 kA = 500 MW ! - 8 µH × (10 kA/2 µs) = 40 kV avec la tresse seule : à peine mieux !
- Avec une dizaine de tresses ou plats en //, bien espacés : ≃ 1 µH × (10 kA/2 µs) = 5 kV, soit 500 V par mètre, encore beaucoup mais plus raisonnable !
- 10 µH × (10 kA/2 µs) = 50 kV, soit 5 kV par mètre ! PPuissance instantanée et non pertes Joule : cette énergie est stockée dans le champ magnétique puis restituée aux conducteurs voisins par induction et rayonnement.
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 !. P = 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 parcours : CEMTRONIC
Mauvaises Ondes
