Perturbateurs usuels en CEM
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Perturbateurs : des exemples concrets !
Le cas du convertisseur de fréquence !
Pourquoi découper ainsi le signal ?
On sait reproduire une sinusoïde fidèle mais cela implique de dissiper en chaleur toute la puissance qui n'est pas envoyée au moteur lorsque le signal n'est pas au maximum...
...C'est à dire presque tout le temps !
Imaginez : 50% environ de la puissance perdue et autant de chaleur donc à dissiper : aucun intérêt !
C'est pour cela que le convertisseur, comme aussi les onduleurs et les alimentations à découpage 'hachent' le signal et fonctionnent en Tout Ou Rien (TOR) provoquant moult interférences !
Le rendement des meilleurs convertisseurs dépasse les 90%.
Notons aussi que les moteurs à balais génèrent des parasites au niveau du collecteur
C'est pour cette raison qu'un petit condensateur est soudé en // sur le collecteur
Concerne les moteurs universels et à courant continu avec balais (charbons) !
Surtension inductive
Surtensions sans protection à gauche, puis en minimisant le couplage (4 cm), enfin avec diodes puis condensateur à droite. Le cours prochain mettra en exergue les solutions !, contacteur, en expérience vidéo
E ≃ ∞Lorsque le poussoir ouvre le circuit, c'est l'air qui interrompt la circulation.
Or l'air est réputé isolant donc sa résistance tend vers l'∞ × I ⇒ E ≃ ∞
La loi d'Ohm permet de rapidement estimer la femforce (contre) électro-motrice, la loi de Lenz permet de la calculerSi l'on connait le flux ou l'inductance L et I (L = Φ / I) et le temps d'ouverture
E = - ΔΦFlux Φ = L [(Nspires × µ0 / Lg) × µr × surface embrassée] × I
passe d'une valeur L liée à la bobine à 0 quand on ouvre le circuit ! / ΔtC'est le temps d'ouverture du poussoir, il tend vers 0, quelques dizaines, centaines de µs... (10^-6) donc E = ΔΦ / 0+ ⇒ E ≃ ∞
Or l'air est réputé isolant donc sa résistance tend vers l'∞ × I ⇒ E ≃ ∞
La loi d'Ohm permet de rapidement estimer la femforce (contre) électro-motrice, la loi de Lenz permet de la calculerSi l'on connait le flux ou l'inductance L et I (L = Φ / I) et le temps d'ouverture
E = - ΔΦFlux Φ = L [(Nspires × µ0 / Lg) × µr × surface embrassée] × I
passe d'une valeur L liée à la bobine à 0 quand on ouvre le circuit ! / ΔtC'est le temps d'ouverture du poussoir, il tend vers 0, quelques dizaines, centaines de µs... (10^-6) donc E = ΔΦ / 0+ ⇒ E ≃ ∞
Dans tous les cas ; la tension ainsi générée est très élevée !
Vidéo : le tube fluorescent possède un ballast...
En complément de la vidéo,
sur l'image ci-contre,
nous pouvons observer le tracé procuré par un enregistreur
d'instrumentation des amplitudes et de la durée des surtensions générées par le contacteurSurtensions sans protection à gauche, en minimisant le couplage (4 cm), avec diodes puis condensateur. Le prochain cours présente les différentes solutions !.Notons l'effet du condensateur (68 nF ici) et de la diode !
La foudre : LA perturbation majeure !
La foudre, génère une tension grimpant jusqu'à 130 000 000 V pour une intensité jusqu'à 150 000 Ampères. D'une durée moyenne de quelques ms, elle est constituée de salves d’impulsions
En rouge, les salves d'impulsions ≃ 1 µs, équivalent à 1 MHz, en pointillés gris : l'enveloppe d'une durée de quelques ms (millisecondes) dont le temps de montée est ≃ 1 µs.
Sa puissance moyenne est ≃ 100 GWGigaWatt = 10^9 Watt ou 1 million de kW ! pour une énergie ≃ TJTeraJoule = 10^12 Joule ce qui équivaudrait à ≃ 300 000 kWh !, ainsi, la foudre est de loin la perturbation majeure !
La tension dans l'air avant un éclair peut atteindre 20 kV par mètre.
Ainsi, un être humain mesurant ≃ 1.8 m peut subir jusqu'à 35 000 Volts entre la tête et les pieds !
Ceci explique les électrocutions dues à l'orage. Pour imager cela, voir la tension de pas (en Conseil+).
Dans le cours suivant, solutions CEM, nous découvrirons comment essayer de s'en prémunir !
Longueur d'onde, champ proche et lointain
Le champ proche, est la zone la plus proche du perturbateur : celle où le champ électrique, lié au couplage capacitif, est prépondérant. Comme nous venons de la voir avec la tension de pas, il peut s'avérer dangereux instantanément pour l'homme... Le parasite n'est alors pas le premier souci !Autre exemple : le téléphone portable GSM que nous utilisons collé à l'oreille nous soumet lui aussi à un champ proche et donc électrique. Si ne présente pas de risque d'électrocution, il peut à moyen terme engendrer d'autres conséquences... Mais... Rien n'est établi ! ?
Le champ lointain est la zone ou l'inductif, le champ électromagnétique, prend le dessus. Cela concerne les ondes radio et toute les transmissions radioélectriques (Wifi, TNT, VHF, GSM...).
Lambda λ est la longueur d'ondeLa longueur d'onde est la distance parcourue par un signal pour rebondir, c'est à dire pour retrouver son amplitude et son sens de départ. C'est donc la distance parcourue en 1 période. Pour calculer cette distance, il ne reste qu'à connaître la célérité (vitesse) du signal., dont la valeur est liée à la célérité d'une onde, 300 Mm/s≃ 300 000 km par seconde soit en USI :
≃ 300 000 000 m/s, la vitesse de la lumière, ainsi qu'à la fréquence de l'onde : λ = vitesse × période et donc λ = vitesse (m/s) / fréquence (Hz).
Exemple la radio FM : 300 000 000Vitesse de propagation / 100La bande FM va de 88 à 108 MHz, donc ≃ 100 en moyenne = 3 mètres. Ainsi, à proximité d'un émetteur FM, le champ électrique est prépondérantAprès il s'amenuise mais ne disparaît pas ! jusqu'à : 3 m / (2 × π) ≃ 0.48 m, d'où les 30 cm requis au minimum pour les fréquences les plus présentesLes temps de commutations des appareils industriels : variateurs, alimentations à découpage..., voir la norme IEC, NF EN 61537.
Pour info, on utilise λ pour le calcul de la longueur des antennes réceptrices (calées à 1/2 ou 1/4 d'onde généralement)
A retenir : nous verrons dans le cours sur les solutions comment lutter efficacement contre le champ électrique, le champ proche : le plus violent !
Petit classement des perturbateurs
- Le parasite le plus violent et de très très loin est la foudre
- Après, les plus importants en amplitude, mais très brefs en durée sont inductifs (tous bobinages), ils entraînent une surtension à l'ouverture
- L'effet flicker est dû aux gros consommateurs lors de lors mise en marche :
sous-tension due à leur consommation, suivie par une plus légère surtension
'Rebond' dû notamment aux inductances des câbles...
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Cours extrait du stage : CEMINIT
Stage : CEMINIT
CEM Perturbations
