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Les principales erreurs en CEM dansles installations de mesures scientifiques

J.RAIMBOURGJ.RAIMBOURGCommissariat Commissariat àà ll’’EnergieEnergie AtomiqueAtomique

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Parasitages mutuels de circuits utilisant les mêmes alimentations et mêmes retours

Principe du couplage par impédance commune

Reproduction de tous les schémas avecl’aimable autorisation de la société AEMC

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Impédance typique de conducteurs en cuivre pour h>l ou s>2l

Impédance d’un fil

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Impédance d’un plan de masse

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• Survient chaque fois que différents circuits se partagent des conducteurs en commun, principalement les masses• S’aggrave quand la fréquence augmente car l’impédance est surtout selfique

REMEDE :• Conducteurs de masse plus larges, grilles ou plans

Impédance commune : Résumé

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Définition et effets des boucles entre masse

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Plaque collectrice

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Equipotentialité par Interconnexion des structures

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Une bonne installation

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Raccordement câble blindé

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Intervention sur une installation de Radiographie impulsionnelle

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Machine de radiographie impulsionnelle

• Accélérateur d’électrons à induction

• 3500 A à 20 MeV

• Cible de conversion X

• Largeur impulsion 60 ns

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• Intervention sur incident

– Alimentation 100 kV hors service

– Destruction des composants E/S de la carte de pilotage de

l’alimentation

• Diagnostic

– Problème d’équipotentialité

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Résistance des raccordements

R1 R2

Connecteur J1 85 mΩ 82 mΩ

Connecteur J2 36 mΩ 35 mΩ

Résistance gaine - tôle < 10mΩ

R2

R1

Connecteurs J1, J2côté baie de pilotage côté HOFFMAN BOX

R2Tôle grattée

R1

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Générateur detransitoires

Chassis de baie

50 cm env.

Fil "témoin" CHANNEL #1

vers scope 50 Ohms

Pour U0 = 500 V

Pour U0 = 1 kV

Côté baie de pilotage Côté HOFFMAN BOX

+ 1 V

-1,5 V

+ 2 V

- 3 V

+ 3,5 V

- 2 V

+ 7 V

- 4 V

vers cartes

CEI 61000-4-4

Test en transitoires rapides en salve (mode commun)

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Mise à la masse par fil vert/jaunede 2 mètres

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Amélioration de l’équipotentialité

• Alimentation 100 kV• Tresse de masse entre les tiroirs• Ferrite sur le câble en provenance du PC de tir

•Caisson avec la capacité chargée à 2 MV •Chaussette métallique autour du câble haute tension

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Les Générateurs

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Les générateurs

• 16 générateurs synchronisés

• Impulsion de 250 kV avec un temps de montée de 20 ns

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Equipotentialisation des baies des générateurs

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Mesure du courant parasite pendant un tir

Pinces de courant

La mesure se fait en parallèle sur une baie non traitée ainsi qu’une baie équipotentialisée

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Résultats des mesures des courants parasites

Générateur non traité

Générateur équipotentialisé

Le courant parasite est réduit de 20 dB (X 10)

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Laser de forte puissance

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Laser de forte puissance

• 60 faisceaux soit 30 kJ à 3 ω• Impulsion laser de 1 ns

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Chambred’expérience

Diagnostique oscilloscope

Masse de référence

Chemin de câble

Petite boucle de masse

Le principe du câblage en étoile nécessite une isolation mais ne peut pas éviter les couplages par capacitéparasite en haute fréquence

Principe du câblage en étoile

Chambred’expérience

Diagnostique oscilloscope

Masse de référence

Capacité parasiteen haute fréquence

Isolation

Grande boucle de masse

Chemin de câble

La mise à la masse de tous les équipements permet de réduire les boucles de masse

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Isolation du diagnostic / masses métalliques

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Conditions de câblage initiales

• Isolation de l’embase• Connecteur BNC• Câble coaxial simple tresse

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Amélioration de la mesure par respect des règles CEM

0 200 400 600 800 1000-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ns

Volts

FT-L

ab

TextE

L’impulsion est-elle un réellement physique ?

• Etape 1• Câblage en étoile (isolation)• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse

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0 200 400 600 800 1000-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ns

Volts

FT-L

ab

TextE

Amélioration de la mesure par respect des règles CEM

Réduction du signal par la mise à la masse des connecteurs

• Etape 1• Câblage en étoile (isolation)• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse• Etape 2• Mise à la masse multipoints• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse

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Amélioration du câblage

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0 200 400 600 800 1000-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ns

Volts

FT-L

ab

TextE

Amélioration de la mesure par respect des règles CEM

• Etape 1• Câblage en étoile (isolation)• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse

• Etape 2• Mise à la masse multipoints• Connecteur à baïonnette (BNC)• Câble coaxial simple tresse

• Etape 3• Mise à la masse multipoints• Connecteur à vis (SMA)• Câble coaxial double tresse

C’était bien un problème de CEM

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Pour un même cahier des charges…

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… les résultats peuvent être différents.

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Adaptation du connecteur au diamètre du câble

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Attention à la mise à la masse des filtres

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Blindage de câble et des connecteurs

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Amélioration de systèmes de mesures sensibles

• Câble de mesure blindé• Tôle de référence de potentiel

Cependant les mesures sont erronées pendant plusieurs minutes après chaque tir

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Amélioration de l’équipotentialité du boîtier

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Test de l’immunité du boîtier

Transitoires Rapides en Salve CEI 61000-4-4

Avant modification :330 Volts :

Déclenchement d’un relaisAlarme LED dépassement

de seuil

Après modification :2000 Volts :

OK

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Conclusions

• La majorité des problèmes rencontrés sont des couplages par impédance commune

• Par un bon respect des règles de câblage et de raccordement des masses (norme CEI 61000-5-2), on traite les problèmes CEM «classiques » d’une grande installation