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Auteur(s)
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François COSTA : Agrégé de Génie électrique - Docteur en sciences physiques de l’Université d’Orsay Paris-Sud - Maître de conférences à l’École normale supérieure de Cachan
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Gérard ROJAT : Docteur de troisième cycle de l’Université Paul-Sabatier (Toulouse) - Docteur d’État en sciences physiques de l’Université Claude-Bernard (Lyon) - Professeur à l’Université Lyon-I
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Cet article s’attache à décrire les principes de réduction des perturbations électromagnétiques des convertisseurs statiques et introduit les méthodes de simulation ; l a prise en considération de la CEM dans la conception d’un convertisseur statique est devenue une réalité plus ou moins bien maîtrisée. Elle demande au concepteur une bonne pluridisciplinarité, tant pour ce qui est du domaine de la conversion statique (connaissance des techniques pour accroître le rendement, les performances statiques et dynamiques, la compacité) que pour ce qui est du domaine de la CEM (connaissance des phénomènes, optimisation des formes d’onde, minimisation des couplages, respect des gabarits de normes, susceptibilité électromagnétique), et enfin de la métrologie (haute fréquence et fort courant) associée à ces domaines.
Les outils de simulation ne permettent actuellement de traiter la CEM des convertisseurs statiques que partiellement. Les logiciels utilisés sont de type «circuit » en ce qui concerne les perturbations conduites et spécifiques pour les perturbations rayonnées. Une tendance émergente est l’apparition de logiciels de calculs des éléments parasites de câblage ou de phénomènes rayonnés. Cependant, pour en faire de véritables outils de CAO (Conception assistée par ordinateur), ces logiciels souffrent encore de limitations quant aux modèles disponibles, aux fonctionnalités et au temps de calculs. Enfin, ils n’ont pas encore un aspect totalement intégré comme cela existe pour la CAO en électronique des courants faibles. Cependant, les améliorations sont rapides et les puissances de calcul s’accroissant, les logiciels de CAO en électronique de puissance intégrant tous les aspects CEM seront bientôt une réalité.
Après avoir explicité les phénomènes de génération et de transmission des perturbations dans les convertisseurs statiques dans l’article CEM : sources de perturbations, couplages, SEM [34], cet article expose, dans une première partie, quelques principes de réduction des parasites électromagnétiques, en agissant à la source ou sur les couplages. La seconde partie est consacrée aux méthodes de simulation des perturbations conduites et rayonnées ; les principes de constitution des modèles des composants actifs, passifs et du câblage sont abordés ; les principales techniques de simulation sont évoquées.
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Principes de réduction des perturbations des convertisseurs statiquesArticle inclus dans l'offre
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3. Conclusion
La compatibilité électromagnétique a été tout d’abord pour le monde de l’électronique de puissance, une simple préoccupation ; elle est devenue rapidement une nécessité, pour être actuellement une obligation. Les causes concrètes de cette évolution sont parfaitement connues et dues, d’une part à l’accroissement des performances des composants actifs et, d’autre part, à la prolifération des convertisseurs statiques dans l’ensemble des activités humaines. Cependant, cette discipline souffre du fait qu’elle n’est pas créatrice et qu’elle se contente d’étudier les effets indésirables et marginaux produits par le système principal et ses interactions avec d’autres systèmes. Elle apparaît donc peu attractive pour les ingénieurs et les chercheurs et très coûteuse pour les décideurs et donneurs d’ordres. Dans cet article, nous avons cherché d’une part, à rendre cette discipline plus attrayante en la démystifiant et en expliquant les phénomènes qui la régissent et, d’autre part, à montrer que la CEM est devenue un outil d’amélioration de la conception et des performances des convertisseurs statiques.
Dans le contexte de la conversion statique de l’énergie électrique, la CEM reste une technique basée sur l’expérimentation car la difficulté de rendre compte de l’ensemble des phénomènes physiques subsiste. Le développement d’une instrumentation particulière et spécifique aux mesures des grandeurs électriques et électromagnétiques à forte amplitude et haute fréquence est une nécessité. Sa panoplie de capteurs s’étoffe et une nouvelle génération de capteurs de courant à très large bande passante est donnée en exemple pour souligner cet état de fait.
Les perturbations générées par les convertisseurs prennent naissance au sein des cellules de commutation. Dues aux fortes variations temporelles des grandeurs électriques créées par le changement d’état des composants de puissance, elles excitent les éléments parasites des circuits des convertisseurs et se propagent en modes conduits et rayonnés, là où l’impédance présente la valeur la mieux adaptée à leur propagation. L’analyse fine et systématique des transitoires pour les différents types de commutations et pour des technologies différentes des composants actifs et passifs a mis en évidence le rôle...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - COSTA (F.) - Contribution à l’étude des perturbations conduites dans les convertisseurs statiques haute fréquence. - Thèse de doctorat de l’université Paris-Sud Orsay, avril 1992.
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(2) - PUZO (A.) - Contribution à l’étude des perturbations rayonnées dans les convertisseurs haute fréquence. - Thèse de doctorat de l’École Centrale de Lyon, juin 1992.
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(3) - LEFEBVRE (S.), FOREST (F.), COSTA (F.), CHANTE (J.P.) - Optimisation de la commande de l’IGBT utilisé en quasi-résonnance. - Revue Générale de l’Électricité, p. 23-31, fév. 1994.
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(4) - LAVEUVE (E.) - Modélisation des transformateurs des convertisseurs haute fréquence. - Thèse de doctorat de l’INPG, sept. 1991.
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(5) - COGITOR (B.) - Recherche des circuits équivalents pour les composants magnétiques haute fréquence. - Thèse de doctorat de l’INPG, juill. 1994.
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ANNEXES
DULOUNG (C.) - Modélisation comportementale des perturbations électromagnétiques en électronique de puissance : signature CEM d'une cellule de commutation. - Université de droit, d'économie et des sciences (Aix-Marseille) (2001).
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