Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
L'augmentation du nombre d'appareils domestiques intégrant des convertisseurs AC/DC contribue à accroître la pollution harmonique des réseaux basse tension. La commutation représente une source de perturbation commune à tous les convertisseurs, du variateur de lumière à l'alimentation à découpage fournissant la tension continue nécessaire au fonctionnement de l'électronique des différents appareils. À cause de leur large spectre, ces commutations posent des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM), malgré le respect des normes. L’exemple le plus parlant est le téléviseur à l'origine de fortes pointes de pollution. S'ajoutent maintenant les modems ADSL et les ordinateurs dont le nombre et la durée de fonctionnement ne cessent de croître.
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The increase in the number of domestic appliances integrating AC/DC contributes to increasing the harmonic pollution of low voltage networks. Commutation represents the source of interference common to all converters, from the dimmer switch to a chopped power supply supplying the direct voltage required for the operation of electronics in various devices. As a result of their broad spectrum, these commutations present problems of electromagnetic compatibility (EMC), despite compliance with the given standards. The most striking example is the television, causing high peaks of pollution. ADSL modems and computers, whose number and duration of operation is constantly increasing, can also be added as a factor to the problem of pollution.
Auteur(s)
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Jean-Charles LE BUNETEL : Maître de conférences HDR à l'IUT GEII de l'université de François Rabelais de Tours Laboratoire de microélectronique de puissance
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Ghafour BENABDELAZIZ : Ingénieur-docteur STMicroelectronics de Tours
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Jean-Claude GUIGNARD : Maître de conférences à l'IUT d'Angers Laboratoire LINA
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Fabrice GUITTON : Ingénieur-docteur STMicroelectronics de Tours
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Yves RAINGEAUD : Maître de conférences à l'IUT GEII de l'université de François Rabelais de Tours Laboratoire de microélectronique de puissance
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Ambroise SCHELLMANNS : Maître de conférences à l'école d'Ingénieurs Polytech'Tours de l'université de François Rabelais Laboratoire de microélectronique de puissance
INTRODUCTION
Le nombre d'appareils électriques utilisés dans l'environnement domestique devient de plus en plus grand avec une diversité importante. Dans un même lieu cohabitent des appareils électroménagers, des systèmes communicants, des appareils audiovisuels. Individuellement chacun respecte les exigences normatives limitant entre autres le niveau de perturbation électromagnétique. Tous ces appareils intègrent des convertisseurs d'énergie basés sur l'électronique de puissance. Les conversions les plus simples comme le redresseur à filtrage capacitif détériorent la qualité du courant consommé, ce qui a pour conséquence de déformer la tension du réseau électrique et de perturber des systèmes sensibles connectés sur ce même réseau. L'apport de l'électronique de puissance dans ce domaine a permis de réduire la taille des alimentations, d'améliorer leur rendement, de les rendre plus fiables. Elles peuvent aussi absorber un courant très faiblement déformé. Ces systèmes utilisent des semi-conducteurs commandés en « tout ou rien », ce qui présente l'avantage de réduire les pertes en conduction contrairement à l'utilisation de transistors bipolaires en mode linéaire dans les anciens ballasts. Ce mode de fonctionnement, dit à découpage, permet d'améliorer sensiblement le rendement. Cependant, ces commutations induisent la présence d'harmoniques liées à la fréquence de commutation des interrupteurs. À cause de leur large spectre, ces commutations peuvent alors poser des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM) malgré le respect des normes.
Parmi les paramètres les plus influents dans la problématique CEM des convertisseurs de puissance, il y a la commutation. C'est une source de perturbation commune à tous les convertisseurs, du variateur de lumière à l'alimentation à découpage fournissant la tension continue nécessaire au fonctionnement de l'électronique de différents appareils domestiques. Dans un variateur de lumière, la commutation de la tension a une fréquence faible, mais suffisante pour parasiter la gamme « grandes ondes » de la radio ou les systèmes numériques. Dans les nouvelles lampes fluo compactes, cette fréquence de commutation est plus importante. L'utilisation de ces lampes apporte une nouvelle source de perturbations électromagnétiques dans l'environnement domestique, à la fois conduite sur le réseau électrique et rayonnée dans l'environnement de la lampe.
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Appareils électroménagers2. Perturbations générées par les appareils multimédias
2.1 Analyse du fonctionnement des alimentations et de leurs perturbations
Les appareils multimédias étudiés sont :
-
un téléviseur de 45 W ;
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un lecteur DVD ;
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un ordinateur ;
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un modem ADSL.
Tous ces appareils possèdent des alimentations intégrées à l'équipement, sauf pour le modem ADSL qui est alimenté par un adaptateur secteur à découpage. Actuellement, ces convertisseurs remplacent de plus en plus les adaptateurs secteurs constitués auparavant d'un transformateur 50 Hz. Le courant mesuré permet d'identifier le type de conversion utilisé dans les alimentations des appareils. La plupart des appareils de puissance inférieure à 75 W utilise un redressement à diodes associé à un filtrage de type capacitif comme convertisseur de tension alternative du réseau électrique en tension continue. Le courant absorbé dans ce cas est discontinu et de forme impulsionnelle.
La mesure du courant consommé par ces différents appareils montre cette forme impulsionnelle caractéristique (figure 2). Notons que la forme du courant absorbé par l'ordinateur est légèrement différente, car elle est la résultante de deux courants impulsionnels, l'un venant de l'unité centrale, l'autre issu de l'écran.
Hormis l'ordinateur, l'analyse fréquentielle pour ces appareils montre la présence de nombreux harmoniques dont l'amplitude de l'harmonique 3 est supérieure à 80 % du fondamental et l'harmonique 5 supérieure à 70 % (figure 3). Le taux de distorsion harmonique THD (Total Harmonic Distorsion) obtenu est très mauvais et souvent supérieur à 100 %. Les harmoniques générés par l'ordinateur sont plus faibles en pourcentage que les autres équipements. L'amplitude de l'harmonique 3 est de l'ordre de 70 % et celui de l'harmonique 5 est d'environ 30 %. La différence de l'amplitude de l'harmonique 5 est due à la présence d'une alimentation annexe prévue pour le fonctionnement en mode veille. Cette alimentation fonctionne en permanence et consomme un courant de faible amplitude (de valeur efficace d'environ 100 mA). Le taux de distorsion obtenu est donc légèrement inférieur à celui des autres équipements, mais traduit cependant la déformation importante du courant absorbé.
Les courants harmoniques des équipements de faible puissance...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - STMicroelectronics - Flyback converters with the l6561 pfc controller. - Application Note AN1060 (2003).
-
(2) - AVRIL (G.) - Étude et optimisation des systèmes à courants porteurs domestiques face aux perturbations du réseau électrique. - Thèse de Doctorat INSA de Rennes, 10 oct. 2008.
-
(3) - GUEZGOUZ (D.), CHARIAG (D.), RAINGEAUD (Y.), LE BUNETEL (J.-C.) - Modélisation des perturbations électromagnétiques générées par les appareils domestiques sur le réseau électrique et la transmission CPL. - EPF 2010, Colloque Électronique de Puissance du futur, Saint-Nazaire, 30 juin-2 juil. 2010.
-
(4) - BENABDELAZIZ (G.) - Réduction de l'énergie de commande des interrupteurs de type TRIAC appliquée aux appareils ménagers. - Thèse de Doctorat Université de Tours, 14 avr. 2006.
-
(5) - TAO (F.), LEE (F.C.) - An interleaved single-stage power-factor-correction electronic ballast. - APEC 2000, New Orleans, vol. 1, p. 617-623 (2000).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
ISO Acoustique : méthode de calcul du niveau d'isotonie - ISO 532 - 1975
-
Limites pour les émissions de courant harmonique (courant appelé par les appareils par phase, p. 15 § 7, UTE - NF EN 61000-3-2 - 05-01
-
Limites et méthodes de mesure des perturbations radioélectriques produites par les appareils électriques d'éclairage et les appareils analogues, p. 10, § 5.3.4, UTE - NF EN 55015 - 05-01
-
Compatibilité électromagnétique – Exigences pour les appareils électrodomestiques, outillages électriques et appareils analogues – Partie 1 : émission – Amendement 2 : inclusion des appareils à cuisson à induction révision - NF EN 55014-1/A2 - 09-11
-
Draft Standard for Broadband over Power Line Networks : Medium Access Control and Physical Layer Specifications - IEEE P1901 - 09-10
ANNEXES
Directive 2005/32/EC (6 july 2005) of the European Parlement and of the council – Establishing a framework for the setting of ecodesign requirements for energy-using products and amending Council Directive 92/42/EEC and Directives 96/57/EC and 2000/55/EC of the European Parlement and the Council.
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