CEM: Compatibilité électromagnétique EMC: Electromagnetic compatibility

1. CEM: Compatibilité électromagnétique EMC: Electromagnetic compatibility Farhad RACHIDI, Pierre ZWEIACKER Laboratoire de réseaux électriques (LRE) En collaboration avec le Domaine Immobilier et Infrastructures, DII – Exploitation José VARGAS, François VUILLE

2. Protection des systèmes électroniques sensibles: • Appareils scientifiques • Electronique de contrôle • Commandes & régulation MCR Définition La compatibilité électromagnétique vise à… assurer le fonctionnement correct… d’un dispositif potentiellement perturbé… dans un environnement potentiellement perturbateur.

3. Conditions Un système est ditélectromagnétiquement compatiblelorsqu’il respecte trois critères …

4. Souvent, un système se perturbe lui-même: • si son électronique est corrompue • si l’utilisateur procède à une mauvaise manipulation Critères de compatibilité électromagnétique 1. Le système ne se perturbe pas lui-même:

5. Deux systèmes voisins se perturbent s’ils travaillent avec des signaux d’intensités très différentes. L’utilisateur n’est pas toujours conscient de perturber son voisin Critères de compatibilité électromagnétique 2. Le système ne perturbe pas les autres équipements: les perturbations qu’il émet sont inférieures à une limite normalisée (limite d’émission).

6. Souvent, un système est perturbé: • parce qu’il ne répond pas aux normes officielles • parce qu’il vient des USA et n’est pas adapté pour l’Europe • Exemple: • alimentation inadaptée Critères de compatibilité électromagnétique 3. Le système n’est pas perturbé par les autres: les perturbations qu’il supporte sont supérieures à une limite normalisée (limite d’immunité).

7. On « accuse » souvent à tort la qualité du réseau électrique: Micro-coupures SurtensionsMise à terreHarmoniques En fait, le réseau de mise à terre est d’excellente qualité; toutes les parties métalliques sont reliées entre elles (équipotentielle) Problème ! Un problème de CEM comporte trois éléments: • Le système perturbateur (source). • Le système perturbé (victime). • Un mécanisme de couplage (transfert d’énergie de la source vers la victime).

8. Exemples: • Variateurs de vitesse des moteurs (mauvais raccordement terre-blindage) • Picsde tension à l’enclenchement ou au déclenchement sous charge Couplage par conduction Les perturbations suivent des conducteurs: • d’alimentation • de terre • de données • de mesure

9. Exemples: • Variateurs de vitesse des moteurs (mauvais blindage du câble entre le variateur et le moteur) • Présence de générateurs HF, tel qu’un four à induction Couplage par champ Les perturbations traversent l’espace sous forme de champs électriques, magnétiques ou électromagnétiques:

10. Les mécanismes de couplage Les modes de transfert d’énergie de la source d’une perturbation vers une victime (couplage) sont au nombre de: 5 • Le couplage par impédance commune. • Le couplage capacitif. • Le couplage inductif. • Le couplage « champ à fil » • Le couplage « champ à boucle ».

11. Il incombe avant tout à l’utilisateur d’utiliser ces méthodes ! Le couplage par impédance commune Le couplage capacitif Le couplage inductif Le couplage « champ à fil » Le couplage « champ à boucle » Un courant trouve toujours un ou plusieurs chemin(s) pour retourner à sa source. Sur chaque chemin emprunté par le courant, apparaît une différence de potentiel, due à l’impédance de ce chemin. Cette différence de potentiel peut être nuisible, en particulier sur les systèmes analogiques fonctionnant à bas niveau de tension (par exemple: thermocouple). • Méthodes de réduction: • Contrôler le retour des courants • Si ce n’est pas possible: réduire l’impédance des chemins où circulent des courants

12. Le couplage par impédance commune Le couplage capacitif Le couplage inductif Le couplage « champ à fil » Le couplage « champ à boucle » Entre deux objets voisins, il existe toujours une capacité. C’est le cas, par exemple, entre une carte électronique et le boîtier dans lequel elle est montée. Une différence de potentiel variable entre les deux objets conduit à l’apparition d’un courant à travers la capacité et donc à travers les objets eux-mêmes. • Méthodes de réduction: • Créer un raccordement équipotentiel entre les objets • Si ce n’est pas possible: réduire la capacité parasite

13. Le couplage par impédance commune Le couplage capacitif Le couplage inductif Le couplage « champ à fil » Le couplage « champ à boucle » Entre deux circuits voisins, il existe toujours une inductance mutuelle. C’est par exemple le cas entre deux pistes voisines sur une carte électronique. Un courant variable dans l’un des circuits conduit à l’apparition d’un courant parasite dans l’autre circuit. • Méthodes de réduction: • Réduire les variations de courant dans le circuit source • Réduire l’impédance mutuelle entre les deux circuits

14. Attention aux systèmes qui utilisent des hautes fréquences ( > MHz) Le couplage par impédance commune Le couplage capacitif Le couplage inductif Le couplage « champ à fil » Le couplage « champ à boucle » Un champ électromagnétique variable, arrivant sur un fil, induit un courant de déplacement dans le fil. C’est le principe sur lequel fonctionne une antenne dipôle, par exemple. Dans un système exposé à un champ non intentionnel, ce courant est potentiellement perturbateur. • Méthodes de réduction: • Réduire l’intensité de la source du champ • Éloigner la victime de la source du champ • Blinder la victime (cage de Faraday)

15. Attention aux systèmes qui utilisent des hautes fréquences ( > MHz) Le couplage par impédance commune Le couplage capacitif Le couplage inductif Le couplage « champ à fil » Le couplage « champ à boucle » Un champ électromagnétique variable, arrivant sur une boucle ouverte, engendre une différence de potentiel entre les extrémités de la boucle. C’est le principe sur lequel fonctionne une antenne loop, par exemple. Dans un système exposé à un champ non intentionnel, cette différence de potentiel peut se révéler perturbatrice. • Méthodes de réduction: • Réduire l’intensité de la source du champ • Éloigner la victime de la source du champ • Blinder la victime (cage de Faraday)

16. La bonne stratégie (1) • Lors de la conception d’une expérience: • Évaluer le type d’environnement électromagnétique dans lequel vous envisagez d’installer votre montage expérimental (environnement très perturbé, moyennement ou faiblement perturbé, protégé). • Repérer les composants ou les connexions entre composants qui seront les plus susceptibles d’être perturbés, dans l’installation projetée. • Définir les niveaux de perturbations que vous pouvez accepter. • En fonction de ces analyses, choisir des équipements et des composants certifiés compatibles avec votre environnement et vos exigences de précision. • Prévoir éventuellement des dispositifs de protection (plan de terre, découplage optique, cage de Faraday, …)

17. La bonne stratégie (2) • Lors du montage d’une expérience: • Respecter les prescriptions d’installation des composants et des équipements. • Adopter une configuration qui minimise les couplages indésirables. • Éviter les « bricolages douteux » (câbles emmêlés dans tous les sens, blindages mal raccordés, etc.). • Garder à l’esprit les principes de base de la CEM.

18. Réflexion souvent entendue: « Je ne comprends pas: avant ça marchait bien et maintenant ça ne marche plus… » La bonne stratégie (3) • Lors des modifications ultérieures: • Appliquez les mêmes principes que lors de la conception initiale. • Éviter les adjonctions de composants ou d’équipements qui ne respectent pas les mêmes niveaux de protection que le montage initial: un seul élément « faible » peut suffire à provoquer le dysfonctionnement de tout l’ensemble.

19. La bonne stratégie (4) • Lorsqu’un problème de CEM survient: • Cherchez à comprendre rationnellement ce qui se passe, en raisonnant sur des schémas du montage. • Refaire l’historique des changements, en cherchant à quelle étape sont apparus les problèmes • Éviter des modifications hâtives et prétendument « intuitives » (adjonction de filtres, par exemple), qui n’apportent en général que peu d’améliorations tout en faisant perdre beaucoup de temps (ou/et d’argent !).

20. La bonne stratégie (5) • Quelques bonnes questions à se poser: • Y a-t-il eu d’autres problèmes analogues dans la même zone ? • À quelle fréquence travaille l’appareil perturbé ? • Quelle est la nature des signaux perturbés ? Impulsions ? Signaux carrés ? Etc. • Y a-t-il des équipements perturbateurs à proximité ? • Quel est l’horaire d’apparition des perturbations ? Est-il corrélé avec le fonctionnement d’un gros consommateur potentiellement perturbateur ?(Tenir un journal des événements !) • …

21. Attention aux équipements qui ne sont plus conformes aux standards actuels(par exemple: 220 V  240 V) • Attention aux équipements d’origine incertaine Vos partenaires (1) • Vos fournisseurs d’équipements et de composants: • Doivent être en mesure de donner les spécifications CEM (et pas seulement fonctionnelles) de ce qu’ils vendent. • Sont tenus de garantir le bon fonctionnement d’un équipement, lorsque le type d’environnement électromagnétique où il est installé a été spécifié dans le cahier des charges.

22. Vos partenaires (2) EPFL  Planification et Logistique  Domaine Immobilier et Infrastructures Exploitation (tél. 3 4000 ou 3 5222) > MM.José VARGAS, François VUILLE • Le DII - Exploitation assure: • La fourniture d’une énergie « propre » selon les norme SN - EN en vigueur et applicable en Suisse, ainsi que par le biais d’infrastructures électriques réalisées selon les normes d’installations à basse tension (NIBT). • Accessoirement: l’analyse d’éventuelles perturbations qui se propageraient par le réseau électrique ou par le réseau de terre.

23. Vos partenaires (3) EPFL  Faculté: Sciences et techniques de l’ingénieur  Institut des sciences de l’énergie  Laboratoire de réseaux électriques Groupe CEM > MM.Farhad RACHIDI, Pierre ZWEIACKER (tél. 34 814) • Le groupe CEM assure: • L’enseignement (cours et travaux pratiques) en CEM. • Accessoirement: le diagnostic et le conseil en CEM.

24. Vos partenaires (4) Entreprises privées spécialisées dans le traitement des problèmes de compatibilité électromagnétique. Dans la région: Montena EMC, 1728 Rossens

25. Merci d’avoir pris connaissance de ces informations. Le DII-Exploitation et le groupe CEM vous souhaite plein succès pour vos expériences !